FR2992775A1 - Stockeur d'energie electrique et procede de fabrication correspondant - Google Patents

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Abstract

Le stockeur d'énergie électrique (1) est du type de ceux comprenant au moins une cellule (6) noyée au moins en partie dans une résine (12) thermo-conductrice et électriquement isolante, et au moins un flasque (10) maintenant la cellule à l'intérieur d'une enveloppe (2) en matériau thermo-conducteur et comportant des moyens de dégazage (11). Conformément à l'invention la cellule comporte une soupape de sécurité (8) et les moyens de dégazage comprennent au moins une ouverture (11) dans le flasque en regard de la soupape de sécurité. Le flasque constitue une séparation étanche entre une première partie de l'enveloppe contenant la résine et une seconde partie de l'enveloppe en communication avec l'ouverture. Le flasque est constitué de polystyrène expansé, préférentiellement de polystyrène expansé présentant une masse volumique d'environ 30 kg/m3.

Description

- 1 - STOCKEUR D'ENERGIE ELECTRIQUE ET PROCEDE DE FABRICATION CORRESPONDANT DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION.
La présente invention se rapporte aux stockeurs d'énergie électrique tels que des condensateurs ou des accumulateurs, et notamment à un stockeur du type de ceux comprenant au moins une cellule noyée dans une résine pour les applications à l'automobile. L'invention concerne également un procédé de fabrication de ce stockeur.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION. Les véhicules automobiles à moteur thermique comportent classiquement un réseau électrique de bord comprenant une batterie, généralement de 12 V, destiné à alimenter en énergie électrique les divers équipements, notamment un démarreur, indispensable pour assurer le démarrage du moteur thermique. Après le démarrage, un alternateur accouplé au moteur thermique assure la charge de la batterie. De nos jours, des considérations écologiques ont conduit au développement de véhicules automobiles mettant en oeuvre des technologies dites "micro-hybrid", "mild-hybrid" ou "full-hybrid" dans lesquelles le stockeur d'énergie récupère de plus l'énergie au freinage, apporte un supplément de puissance et de couple au moteur thermique ou fournit seul l'énergie nécessaire à la propulsion du véhicule. Pour satisfaire aux niveaux de puissance et d'énergie requis pour assurer ces nouvelles fonctions, il est le plus souvent nécessaire de créer des stockeurs comprenant plusieurs cellules disposées en série et/ou en parallèle à l'intérieur 25 d'une enveloppe. Cette enveloppe permet de solidariser et de protéger les cellules, et permet également la dissipation de la chaleur produite par les cycles de charge et de décharge du stockeur. Des éléments mécaniques sont le plus souvent utilisés pour assurer le 30 positionnement relatif des cellules entre elles et des cellules par rapport à l'enveloppe avant que les cellules ne soient noyées dans une résine garantissant un isolement électrique et une conduction thermique. La demande de brevet FR2968460 décrit un tel stockeur d'énergie. Au cours de sa fabrication, au moins un flasque permet de maintenir les 35 cellules séparées par une distance supérieure à un seuil prédéterminé. - 2 - Les cellules sont ensuite agencées dans une cuve et de la résine thermoconductrice et électriquement isolante est insérée dans les espaces entre les cellules et entre les cellules et la cuve. Un tel procédé permet de réaliser un stockeur compact, mais présente 5 généralement l'inconvénient de ne pas permettre le dégazage éventuel d'une cellule, toutes les cellules étant noyées, au moins en partie, dans la résine. Dans la demande de brevet précitée, il est prévu une cheminée de dégazage dans le flasque mettant en communication une ouverture intérieure située au voisinage d'une cellule avec une ouverture extérieure dans le but d'éviter une 10 explosion du stockeur en cas de dégradation de la cellule. Or certains types de cellules, telles que des cellules Li-Ion, comportent spécifiquement une soupape de sécurité qui doit être laissée libre de fonctionner en cas de défaillance, et ne pas être obstruée. Il existe donc un besoin pour un stockeur d'énergie électrique ayant une 15 structure permettant le dégazage éventuel de ses cellules comportant une soupape de sécurité. DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION. La présente invention vise à satisfaire ce besoin. 20 Elle concerne, de manière générale, un stockeur d'énergie électrique du type de ceux comprenant au moins une cellule noyée au moins en partie dans une résine thermo-conductrice et électriquement isolante, et au moins un flasque maintenant cette cellule à l'intérieur d'une enveloppe en matériau thermoconducteur et comportant des moyens de dégazage. 25 Ce stockeur est remarquable en ce que la cellule comporte une soupape de sécurité et en ce que les moyens de dégazage comprennent au moins une ouverture dans le flasque en regard de la soupape de sécurité. Le flasque constitue avantageusement une séparation étanche entre une première partie de l'enveloppe contenant la résine et une seconde partie de cette 30 enveloppe en communication avec l'ouverture du flasque. L'enveloppe comprend de préférence au moins un capot en regard du flasque. Dans ce cas, le flasque comporte avantageusement une gorge périphérique munie d'un joint en regard du capot; ce joint est de préférence un joint de colle. - 3 - Le capot comprend aussi fort avantageusement au moins une pastille de dégazage. Le stockeur d'énergie électrique selon l'invention est aussi remarquable en ce que la cellule comprend une portion cylindrique et en ce que l'ouverture du flasque 5 présente une surface intérieure cylindrique de diamètre intérieur compris entre un premier diamètre de la cellule et un second diamètre de la soupape de sécurité. Dans tous les modes de réalisation préférés du stockeur selon l'invention, le flasque est fort avantageusement constitué de polystyrène expansé, préférentiellement de polystyrène expansé présentant une masse volumique 10 d'environ 30 kg/m3. De préférence, la cellule est une batterie de type Li-Ion. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un stockeur d'énergie électrique du type de ceux consistant à: - assembler au moins une cellule avec au moins un flasque comprenant des 15 moyens de dégazage; - agencer cette cellule et ce flasque à l'intérieur d'une enveloppe en matériau thermo-conducteur; - insérer une résine thermo-conductrice et isolante électriquement entre la cellule et l'enveloppe. 20 Le procédé de fabrication est remarquable en ce que: - on munit le flasque d'au moins une ouverture en regard d'une soupape de sécurité de la cellule; - on insère la résine dans une première partie de l'enveloppe séparée hermétiquement par le flasque d'une seconde partie de l'enveloppe en 25 communication avec cette ouverture. De préférence, dans le procédé selon l'invention: - on munit en outre le flasque d'une gorge périphérique en regard d'un capot de l'enveloppe; - on dépose un joint dans la gorge périphérique du flasque, de préférence un joint 30 de colle. Ces quelques spécifications essentielles auront rendu évidents pour l'homme de métier les avantages apportés par le stockeur d'énergie électrique selon l'invention et son procédé de fabrication. - 4 - Les spécifications détaillées de l'invention sont données dans la description qui suit en liaison avec les dessins ci-annexés. Il est à noter que ces dessins n'ont d'autre but que d'illustrer le texte de la description et ne constituent en aucune sorte une limitation de la portée de l'invention.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS. Les Figures la et lb sont des représentations d'un stockeur d'énergie électrique selon l'invention faisant respectivement apparaître l'intérieur partiellement engagé dans son enveloppe, et le contenu de celle-ci comprenant plusieurs cellules. Les Figures 2a et 2b montrent respectivement une section perpendiculaire à l'axe des cellules du stockeur d'énergie électrique selon l'invention, et une section selon l'axe des cellules. La Figure 3 est une vue de dessus d'un flasque du stockeur d'énergie électrique selon l'invention. Les Figures 4a et 4b sont respectivement une vue de dessous du flasque du stockeur d'énergie électrique selon l'invention, sans et avec une gorge à la périphérie. Les Figures 5a et 5b montrent des sections partielles selon l'axe des cellules 20 du stockeur d'énergie électrique selon l'invention, correspondant respectivement au flasque montré sur les Figures 4a et 4b. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES DE L'INVENTION. Dans les modes de réalisation préférés de l'invention illustrés par les dessins 25 ci-indexés, le stockeur d'énergie électrique 1 comporte une enveloppe 2 de la forme générale d'un parallélépipède rectangle en aluminium, ouvert sur deux faces opposées 3, 4. Dans le but d'assurer une bonne diffusion thermique, la paroi extérieure de l'enveloppe 2 comporte des ailettes 5, comme le montrent bien la vue générale de la 30 Figures la et la section de la Figure 2 a. A l'intérieur de l'enveloppe 2 est agencée une pluralité de cellules 6 de forme générale allongée et cylindrique, dont les axes sont perpendiculaires aux faces ouvertes 3, 4 de l'enveloppe 2. 2 992 775 - 5 - Ces cellules 6 sont des batteries de type Li-Ion (lithium-ion), d'une tension nominale de 3,6 V, qui présentent à une extrémité des bornes de connexion électriques 7 et à une autre extrémité une soupape de sécurité 8, comme le montrent bien la vue générale de la Figures lb et la section de la Figure 2 b.
5 Les cellules 6 sont groupées en série par des barres conductrices 9 reliées aux bornes électriques 7. La cohésion mécanique de la pluralité de cellules 6 est assurée au moment de l'assemblage du stockeur 1 par ces barres conductrices 9 et par un flasque 10 en polystyrène expansé agencé à l'extrémité des cellules 6 comportant les 10 soupapes de sécurité 8. Ce flasque 10 maintient les cellules 6 sans obturer les soupapes de sécurité 8. Il présente une pluralité d'ouvertures 11 cylindriques, chacune étant alignée sur l'axe XX' d'une cellule 6 en regard d'une soupape de sécurité 8. Un diamètre 15 intérieur D de cette ouverture 11 est compris entre un premier diamètre D1 de la cellule 6 et un second diamètre D2 de la soupape de sécurité 8 comme le montrent bien les Figures 5a et 5b. Les cellules 6 sont isolées électriquement entre elles et isolées de l'enveloppe 2 par une résine 12 électriquement isolante. Cette résine 12 est insérée 20 au cours du processus de fabrication du stockeur d'énergie électrique 1 après que les cellules 6 et le flasque 10 aient été agencés à l'intérieur de l'enveloppe 2. Comme le montrent bien la Figure 2a (qui est une coupe selon un plan AA' au niveau du flasque 10 indiqué sur les Figures 2b et 5a) et les Figures 3 et 4a, le flasque 10 présente un profil extérieur 13 correspondant au profil intérieur 14 de 25 l'enveloppe 2 de manière à constituer une séparation étanche entre une première partie de l'enveloppe 2 contenant la résine 12 et une seconde partie en communication avec les ouvertures 11 du flasque 10. De la sorte, les cellules 6 sont noyées au cours du processus de fabrication par la résine 12 dans la première partie de l'enveloppe 2 formant cuve, sans que la 30 résine 12 puisse couler dans les ouvertures 11 du flasque 10. Les déformations du polystyrène expansé permettent d'accepter des cellules 6 dont le premier diamètre D1 varie dans une limite des tolérances (de l'ordre de +/0,4 mm) en garantissant un serrage et donc une étanchéité entre la cellule 6, le flasque 10 et la seconde partie de l'enveloppe 2. 2 992 775 - 6 - La Figure 5a montre bien une première zone de serrage 15 entre la cellule 6 et le flasque 10, d'une part, et une seconde zone de serrage 16 entre le flasque 10 et la seconde partie de l'enveloppe 2, d'autre part. La seconde partie de l'enveloppe 2 est fermée par un capot 17 en regard des 5 ouvertures 11 du flasque 10. Ce capot 17 est pourvu d'une pastille de dégazage 18 assurant la mise en communication avec l'extérieur des ouvertures 11 en cas de défaillance de l'une des cellules 6. Dans le but de faciliter l'insertion de l'ensemble constitué par les cellules 6 et le flasque 10, une variante du stockeur d'énergie électrique 1 selon l'invention 10 présente un jeu de montage 19 entre la seconde partie de l'enveloppe 2 et le flasque 10, comme le montrent les Figures 4b et 5b. L'étanchéité entre la première partie de l'enveloppe 2 contenant la résine 12 et la seconde partie de l'enveloppe 2 en communication avec les ouvertures 11 du flasque 10 est garantie dans cette variante par un flasque 10 comportant une gorge 15 périphérique 20 en regard du capot 17, et par le dépôt d'un joint de colle 21. Dans l'un ou l'autre mode de réalisation du stockeur 1, le choix d'un flasque 10 en polystyrène expansé présente plusieurs avantages: - la pièce est légère par comparaison à une pièce en plastique car le volume du flasque 10 est important compte tenu de la taille du stockeur 1. Par exemple, si le flasque 10 possède un volume d'environ 110 ml, sa masse serait d'environ 150 g s'il était réalisé en plastique, alors qu'elle n'est que d'environ 10 g en utilisant du polystyrène expansé (masse volumique du polystyrène expansé de l'ordre de 30 kg/m3 au lieu de 1400 Kg/m3 pour du PBT, ou polyester); - la pièce se déforme facilement et accepte les petites variations de 25 dimension des cellules 6; - la pièce est économique; - la pièce est suffisamment robuste en tant qu'élément auxiliaire dans le processus de fabrication du stockeur 1. Comme il va de soi l'invention ne se limite pas aux seuls modes d'exécution 30 préférentiels décrits ci-dessus. Une description analogue pourrait porter sur des types de cellules 6 différents de ceux spécifiés qui comporteraient également une soupape de sécurité. L'invention embrasse donc toutes les variantes possibles de réalisation dans la mesure où ces variantes restent dans le cadre défini par les revendications ci-après.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1) Stockeur d'énergie électrique (1) du type de ceux comprenant au moins une cellule (6) noyée au moins en partie dans une résine (12) thermo-conductrice et 5 électriquement isolante, et au moins un flasque (10) maintenant ladite cellule (6) à l'intérieur d'une enveloppe (2) en matériau thermo-conducteur et comportant des moyens de dégazage (11), caractérisé en ce que ladite cellule (6) comporte une soupape de sécurité (8) et en ce que lesdits moyens de dégazage (11) comprennent au moins une ouverture (11) dans ledit flasque (10) en regard de 10 ladite soupape de sécurité (8).
  2. 2) Stockeur d'énergie électrique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit flasque (10) constitue une séparation étanche entre une première partie de ladite enveloppe (2) contenant ladite résine (12) et une seconde partie de ladite 15 enveloppe (2) en communication avec ladite ouverture (11).
  3. 3) Stockeur d'énergie électrique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite enveloppe (2) comprend au moins un capot (17) en regard dudit flasque (10). 20
  4. 4) Stockeur d'énergie électrique (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit flasque (6) comporte une gorge périphérique (20) munie d'un joint (21) en regard dudit capot (17), ledit joint (21) étant de préférence un joint de colle. 25
  5. 5) Stockeur d'énergie électrique (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit capot (17) comprend au moins une pastille de dégazage (18).
  6. 6) Stockeur d'énergie électrique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 précédentes, caractérisé en ce que ladite cellule (6) comprend une portion 30 cylindrique et en ce que ladite ouverture (11) présente une surface intérieure cylindrique de diamètre intérieur (D) compris entre un premier diamètre (D1) de ladite cellule (6) et un second diamètre (D2) de ladite soupape de sécurité (8).- 8 -
  7. 7) Stockeur d'énergie électrique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 précédentes, caractérisé en ce que ledit flasque (10) est constitué de polystyrène expansé, préférentiellement de polystyrène expansé présentant une masse volumique d'environ 30 kg/m3.
  8. 8) Stockeur d'énergie électrique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 précédentes, caractérisé en ce que ladite cellule (6) est une batterie de type Li-Ion.
  9. 9) Procédé de fabrication d'un stockeur d'énergie électrique (1) du type de ceux 10 consistant à: - assembler au moins une cellule (6) avec au moins un flasque (10) comprenant des moyens de dégazage (11); - agencer ladite cellule (6) et ledit flasque (10) à l'intérieur d'une enveloppe (2) en matériau thermo-conducteur; 15 - insérer une résine (12) thermo-conductrice et isolante électriquement entre ladite cellule (6) et ladite enveloppe (2); caractérisé en ce que: - on munit ledit flasque (10) d'au moins une ouverture (11) en regard d'une soupape de sécurité (8) de ladite cellule (6); 20 - on insère ladite résine (12) dans une première partie de ladite enveloppe (2) séparée hermétiquement par ledit flasque (10) d'une seconde partie de ladite enveloppe (2) en communication avec ladite ouverture (11).
  10. 10) Procédé de fabrication d'un stockeur d'énergie électrique (1) selon la 25 revendication 9, caractérisé en ce que: - on munit en outre ledit flasque (10) d'une gorge périphérique (20) en regard d'un capot (17) de ladite enveloppe (2); - on dépose un joint (21) dans ladite gorge (20), de préférence un joint de colle. 30
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