FR3007212A3 - Bloc de batteries comprenant un systeme de dissipation de chaleur - Google Patents

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Abstract

Un bloc de batteries (200) comprend un matériau à changement de phase (500) assurant la gestion de la température du bloc de batteries (200) grâce à une action de dissipation de chaleur du matériau à changement de phase (500). Le bloc de batteries comprend une pluralité de batteries (100), parmi lesquelles au moins l'une est partiellement pourvue d'un matériau à changement de phase (500), et de supports (101, 102) pour supporter la pluralité de batteries (100). Le matériau à changement de phase (500) est disposé dans la région de dissipation maximale de chaleur de la batterie (100), et la région de dissipation maximale de chaleur est une région s'étendant à partir d'une position intermédiaire de la surface extérieure de la batterie (100), vers une extrémité de pôle positif.

Description

BLOC DE BATTERIES COMPRENANT UN SYSTÈME DE DISSIPATION DE CHALEUR L'invention concerne de manière générale un bloc de batteries possédant un système de dissipation de chaleur et, plus particulièrement, un bloc de batteries comprenant un matériau de dissipation de chaleur à changement de phase. Les outils électriques et les instruments de jardinage portatifs sont largement utilisés dans des applications en usine, à la ferme, pour le gazon et/ou ménagères. Étant donné que ces outils et instruments emploient une pluralité de batteries, la pluralité de batteries est généralement enfermée dans un bloc de batteries, puis le bloc de batteries est accouplé et monté sur les outils et les instruments. En raison de l'existence de résistance interne, une chaleur sera générée lorsque la batterie est chargée ou déchargée. Il est difficile de dissiper la chaleur car ces batteries rechargeables sont enfermée de façon compacte dans un boîtier, un support du groupe de batteries et/ou dans le bloc de batteries. Lorsque la chaleur s'accumule jusqu'à un certain degré, elle affecte l'efficacité et la durée de vie du groupe de batteries/bloc de batteries. Par conséquent, pour empêcher une augmentation de température excessive et trop rapide du bloc de batteries, il est courant de prendre une mesure de protection contre la décharge pour terminer la décharge en temps voulu. Dans les outils ou instruments de jardinage portatifs employant une batterie rechargeable comme source d'énergie, plus le courant de décharge de la batterie est élevé, plus la température de la batterie sera élevée, et la température augmente donc plus rapidement. En particulier lors de la décharge d'un courant élevé, si la chaleur n'est pas dissipée rapidement et efficacement, la température va augmenter à une température extrême en peu de temps, de sorte qu'un mécanisme de protection contre la surchauffe/décharge sera déclenché et la machine exécutera fréquemment des mesures de protection contre les coupures, provoquant ainsi des interruptions et des problèmes de fonctionnement, tout en affectant l'ensemble du fonctionnement de l'outil. Actuellement, les méthodes classiques de dissipation de chaleur pour le bloc de batteries comprennent la méthode de dissipation de chaleur par convection d'air et la méthode consistant à employer un dissipateur thermique pour guider la chaleur hors du bloc de batteries, puis à abaisser la température à l'aide d'une action de convection de l'air environnant. Cependant, les deux méthodes nécessitent l'apport supplémentaire d'un canal d'air de convection, d'un ventilateur ou d'un dissipateur thermique à l'intérieur du bloc de batteries, ce qui augmente la taille du bloc de batteries et la complexité de la structure. Un matériau à changement de phase (MCP) stocke la chaleur à l'aide d'une propriété du matériau et absorbe ou décharge une grande quantité de chaleur lorsque le matériau est soumis à un changement de phase, tout en présentant des avantages tels qu'une forte densité de stockage de chaleur, une petite taille et une grande efficacité thermique. Le matériau est moins corrosif, non-toxique et très stable, et a déjà été largement appliqué au domaine du contrôle de température constante, dans des aspects tels que l'utilisation d'énergie solaire, la récupération de chaleur, la préservation de chaleur des bâtiments et les économies d'énergie de climatisation, et il représente actuellement un mode de stockage de chaleur important. L'exposé ci-dessous décrit de manière générale un bloc de batteries possédant un système de dissipation de chaleur comprenant un matériau de dissipation de chaleur à changement de phase, en particulier un bloc de batteries utilisé pour des outils électrique portatifs, tels que des perceuses électriques, des clés électriques, des tournevis électriques, des perceuses à percussion électriques, des scies circulaires électriques, des ponceuses électriques, des fraiseuses à bois électriques, et des outils de jardinage tels que des tondeuses électriques, des coupe-gazon électriques, des ciseaux électriques, des taille-haies électriques et des scies électriques. Plus particulièrement, un bloc de batteries décrit à titre d'exemple comprend : une pluralité de batteries, où au moins une batterie de la pluralité de batteries est partiellement pourvue d'un matériau à changement de phase ; et au moins un support pour supporter la pluralité de batteries ; dans lequel le matériau à changement de phase est disposé dans la région de dissipation maximale de chaleur de l'au moins une batterie, et la région de dissipation maximale de chaleur est une région s'étendant partiellement à partir d'une position intermédiaire de la surface extérieure de l'au moins une batterie, vers une extrémité de pôle positif de l'au moins une batterie. Le matériau à changement de phase est de préférence configuré de manière à être annulaire et en manchon sur la surface extérieure de l'au moins une batterie. Le matériau à changement de phase est de préférence encapsulé sur l'au moins une batterie par une couche d'encapsulage. Le matériau à changement de phase disposé sur l'au moins une batterie a de préférence un poids de 1,5g à 3,5g.
Le matériau à changement de phase disposé sur l'au moins une batterie a de préférence une densité de 1kg/I à 2kg/I. La région de dissipation maximale de chaleur se trouve de préférence aux deux-tiers dans une direction longitudinale de l'au moins une batterie s'étendant d'une position intermédiaire de la surface extérieure de l'au moins une batterie jusqu'à l'extrémité de pôle positif. La région de dissipation maximale de chaleur se trouve de préférence aux trois-quarts dans une direction longitudinale de l'au moins une batterie s'étendant d'une position intermédiaire de la surface extérieure de l'au moins une batterie jusqu'à l'extrémité de pôle positif.
Le matériau à changement de phase est de préférence également prévu dans une région s'étendant vers une extrémité de pôle négatif et symétrique par rapport à la région de dissipation maximale de chaleur, où la position intermédiaire de l'au moins une batterie est considérée comme axe de symétrie. Le matériau à changement de phase comprend de préférence une matière fibreuse avec une teneur de 0,5% à 5%. Le matériau à changement de phase est de préférence rempli au moins dans un interstice entre la pluralité de batteries ou un interstice entre la pluralité de batteries et le support. Le bloc de batteries comprend de préférence également au moins deux plaques d'appui, et le matériau à changement de phase est rempli entre les plaques d'appui. Les plaques d'appui supportent de préférence la pluralité de batteries et scellent le matériau à changement de phase. Les au moins deux plaques d'appui sont de préférence pourvues d'un matériau d'étanchéité supplémentaire. Les supports scellent de préférence le matériau à changement de phase. En appliquant le matériau à changement de phase dans une région de la batterie présentant la plus grande génération de chaleur et le plus grande augmentation de température, le bloc de batteries selon la présente invention améliore substantiellement l'effet de dissipation de chaleur du matériau à changement de phase pour le bloc de batteries, et peut ralentir les hausses de température du bloc de batteries et prolonger la durée de vie du bloc de batteries, en particulier lorsque le bloc de batteries est appliqué à un outil portatif ou à un outil de jardinage alimenté par le bloc de batteries. La Fig. 1 est une vue schématique d'un bloc de batteries exemplaire construit selon la description ci-dessous. La Fig. 2 est une vue schématique du bloc de batteries assemblé de la Fig. 1. La Fig. 3 est un diagramme schématique d'une région de dissipation maximale de chaleur une fois que les batteries ont été enrobées dans un matériau à changement de phase. La Fig. 4a est une première vue schématique structurelle d'un groupe de batteries dans un bloc de batteries selon la description ci-dessous. La Fig. 4b est une deuxième vue schématique structurelle d'un groupe de batteries dans un bloc de batteries selon la description ci-dessous.
La Fig. 5 est une vue schématique du bloc de batteries de la Fig. 4, vu selon une autre perspective. La Fig. 6 est une vue schématique du bloc de batteries de la Fig. 4 avant assemblage.
La Fig. 7 est une vue schématique d'un bloc de batteries exemplaire, dans lequel un matériau à changement de phase est encapsulé correctement. La Fig. 8 est une vue schématique d'une batterie enrobée dans un matériau à changement de phase selon la description ci-dessous.
La Fig. 9a est une vue schématique d'un bloc de batteries exemplaire avant l'encapsulage selon la description ci-dessous. La Fig. 9b est une vue schématique d'un bloc de batteries exemplaire après l'encapsulage selon la description ci-dessous. La Fig. 10 est une vue schématique du matériau à changement de phase selon la description ci-dessous. La description ci-dessous décrit de manière générale un bloc de batteries comprenant une structure de dissipation de chaleur, consistant en un matériau à changement de phase, qui est censée assurer la gestion de la température du bloc de batteries grâce à la dissipation de chaleur du matériau à changement de phase. Les figures illustrent des blocs de batteries exemplaires particulièrement adaptés pour des outils électriques portatifs, tels que des perceuses électriques, des clés électriques, des tournevis électriques, des perceuses à percussion électriques, des scies circulaires électriques, des ponceuses électriques, des rabots électriques, et des outils de jardin portatifs tels que des tondeuses à gazon, des coupe-herbe, des ciseaux électriques, des taille-haies et des scies électriques. Pour simplifier la description, ces outils électriques portatifs et outils de jardinage sont collectivement appelés outils électriques. Les outils électriques comprennent un bloc de batteries avec une tension nominale donnée, par exemple une tension nominale d'au moins 18V ou 36V, et les outils électriques sont alimentés par ces blocs de batteries. Il faut comprendre que les blocs de batteries décrits ne se limitent pas nécessairement ni aux outils électriques ci-dessus, ni à la tension nominale mentionnée ci-dessus. En réalité, les enseignements fournis ici peuvent être utilisés pour adapter un bloc de batteries pour un usage en connexion avec n'importe quel type d'outil électrique sans fil alimenté par un bloc de batteries.
Dans certaines formes de réalisation, le bloc de batteries comprend des piles rechargeables, qui peuvent être des batteries chimiques au lithium, par exemple des batteries au lithium-ion, en particulier des batteries au lithium-ion modèle 18650, souvent employées dans le domaine des outils électriques. Dans certaines formes de réalisation, le bloc de batteries peut comprendre au moins une batterie rechargeable ou une pluralité de batteries rechargeables, en fonction des valeurs nominales souhaitées pour le bloc de batteries. A cet égard, des blocs de batteries avec différentes valeurs nominales peuvent être utilisés en reliant une pluralité de batteries rechargeables en série et/ou en parallèle. Il est certain que les batteries rechargeables peuvent être configurées pour utiliser d'autres batteries chimiques au lithium avec un substrat au lithium ou n'importe quelles autres batteries rechargeables avec d'autres substrats chimiques, telles que des batteries rechargeables au nickel-cadmium ou au nickel-hydrogène. Comme le montrent également les figures, le bloc de batteries peut présenter une forme carrée, de tonneau, de tour ou autre, mais pas obligatoirement. Le bloc de batteries comprend généralement un boîtier, au moins une batterie, un dispositif électronique pour exécuter des contrôles internes et externes ainsi que des mesures de protection, un élément terminal relié à un chargeur externe ou à un outil électrique, un mécanisme de connexion de batterie, et un matériau à changement de phase disposé à côté d'au moins une batterie. Dans certaines formes de réalisation, le bloc de batteries comprend en outre une structure de support pour supporter l'au moins une batterie. Il est évident que les configurations internes du bloc de batteries, telles que le boîtier, l'au moins une batterie, le dispositif électronique pour l'exécution de contrôles internes et externes et de mesures de protection, l'élément terminal relié à un chargeur externe ou à un outil électrique et le mécanisme de connexion de batteries sont des configurations universelles et ne sont donc pas détaillées dans la description et les figures, par souci de concision. La configuration pour la structure interne de dissipation de chaleur et le matériau à changement de phase destiné à dissiper la chaleur de la batterie sont par conséquent décrits en détail en référence aux figures. Cette configuration peut résoudre le problème de dissipation de chaleur causé lorsque le bloc de batteries est chargé ou déchargé, en particulier lorsque le bloc de batteries est déchargé pour fournir l'énergie électrique à l'outil électrique, et résoudre des problèmes tels que la répartition des batteries dans le bloc de batteries et la compacité du bloc de batteries lorsque le matériau à changement de phase est utilisé.
Un bloc de batteries exemplaire comprend un boîtier et au moins une batterie lithium-ion 100. Comme le montrent plus clairement les Fig. 1 et 2, le bloc de batteries comprend une pluralité de batteries 100 disposées de façon compacte les unes par rapport aux autres pour former un groupe de batteries 200. Le bloc de batteries comprend en outre un support 101 et un support 102 agencés aux deux extrémités de la pluralité de batteries 100 et du groupe de batteries 200 résultant, et disposés dans un plan s'étendant perpendiculairement à une direction longitudinale de la pluralité de batteries 100 ainsi arrangées, pour supporter la pluralité de batteries 100 et le groupe de batteries 200 résultant, tout en formant le groupe de batteries 200 comme une structure compacte par le biais d'une structure de fixation mécanique, telle qu'une vis ou un dispositif à encliquetage. La batterie 100 est partiellement dotée d'un matériau à changement de phase 500 configuré pour correspondre à une structure annulaire d'un contour extérieur d'une ou de plusieurs des batteries 100, et enveloppé en manchon autour d'une région de dissipation maximale de chaleur de la batterie 100. La région de dissipation maximale de chaleur est définie dans une région s'étendant partiellement à partir d'une position intermédiaire A d'une surface extérieure de la batterie 100 vers une extrémité de pôle positif, comme dans la Fig. 3. Comme le montre la Fig. 3, la batterie 100 présente une longueur d'environ 65mm et un diamètre d'environ 18mm. Une région avec la hausse de température la plus rapide lors du chargement ou du déchargement de la batterie se trouve dans une région décalée de 5mm par rapport au milieu de la surface extérieure de la batterie, en direction de l'extrémité de pôle positif, c'est-à-dire une région définie en s'étendant à 5mm de la position intermédiaire A (une position à environ 32,5mm) de la direction longitudinale de la batterie 100, vers l'extrémité de pôle positif, vers une position B (une position à environ 37,5mm), qui est une région de la batterie dans laquelle la température augmente le plus facilement et le plus rapidement à une température extrême. Par conséquent, dans certaines formes de réalisation, cette région est de préférence la région de dissipation maximale de chaleur de la batterie 100, et le matériau à changement de phase 500 est appliqué en manchon autour de cette région. Pour obtenir un effet de dissipation de chaleur plus souhaitable, dans certaines formes de réalisation, le matériau à changement de phase peut être appliqué en manchon dans une région définie en s'étendant sur une distance plus grande par rapport à la position intermédiaire A (une position à environ 32,5mm) de la direction longitudinale de la batterie 100, en direction de l'extrémité de pôle positif, jusqu'à une position C (une position à environ 43,3mm) aux deux-tiers de la longueur totale de la batterie 100 dans la direction longitudinale, ou dans une région définie en s'étendant sur une distance plus grande par rapport à la position intermédiaire A (une position à environ 32,5mm) de la direction longitudinale de la batterie 100, vers l'extrémité de pôle positif, jusqu'à une position D (une position à environ 48,75mm) aux trois-quarts de la longueur totale de la batterie 100 dans la direction longitudinale. A ce stade, ces positions sont de préférence considérées comme la région de dissipation maximale de chaleur de la batterie 100. Comme le montrent les Fig. 1 et 2, chaque matériau à changement de phase 500 est constitué de particules de matériau à changement de phase et présente une forme adaptée au contour extérieur de la batterie 100. Dans cette forme de réalisation, le matériau à changement de phase présente une forme annulaire circulaire avec une épaisseur de 0,8 à 1mm et une longueur de 28 à 32mm. Les dimensions spécifiques du matériau à changement de phase peuvent être ajustées en fonction des dimensions de la batterie 100 et de la disposition des batteries, et le matériau à changement de phase est disposé en manchon autour des batteries 100 à l'aide d'un outil de montage ou d'une autre façon. Pour obtenir un effet de dissipation de chaleur plus souhaitable, le matériau à changement de phase 500 peut être appliqué dans une région s'étendant de la position intermédiaire A de la batterie 100 vers une extrémité de pôle négatif, jusqu'à une position symétrique avec la position B, la position C ou la position D, avec A comme point de symétrie. Cela signifie que le matériau à changement de phase 500 peut être appliqué dans une région symétrique avec le point intermédiaire A de la batterie comme point de symétrie, et s'étendant vers l'extrémité de pôle négatif. Comme le montrent les Fig. 1-3, le matériau à changement de phase 500 est placé dans une région prédéterminée s'étendant à partir d'une position intermédiaire de chaque batterie jusqu'aux extrémités de pôle de chaque batterie, et la région prédéterminée est une région de la batterie présentant la plus forte génération de chaleur et la hausse de température la plus rapide. La région de dissipation maximale de chaleur de la batterie 100 est enrobée dans le matériau à changement de phase 500 pour former une région de couverture 400. Pour empêcher le matériau à changement de phase 500 de s'échapper pendant un changement de phase, une couche d'encapsulage 600 est disposée sur la région de couverture 400. La couche d'encapsulage 600 peut sceller seulement la région de couverture ou sceller le contour cylindrique extérieur de l'ensemble de la batterie. La couche d'encapsulage 600 est constituée d'un matériau isolant, par exemple un tube de thermoscellage, et est de préférence une couche d'encapsulage constituée du même matériau que le matériau d'encapsulage du corps principal de la batterie 100. La Fig. 4a, la Fig. 4b, la Fig. 5 et la Fig. 6 illustrent un bloc de batteries comportant une pluralité de batteries 100 au lithium-ion, qui peuvent être des batteries cylindriques au lithium-ion souvent utilisées dans le domaine des outils électriques. Les batteries 100 sont agencées de façon compacte les unes par rapport aux autres pour former un groupe de batteries 200. Un interstice 300 est formé entre les batteries 100 adjacentes. Le matériau à changement de phase 500 est rempli dans un espace partiel de l'interstice 300, adjacent à la surface extérieure de la batterie 100 dans sa région de dissipation maximale de chaleur. La région de dissipation maximale de chaleur est définie dans une région s'étendant partiellement à partir de la position intermédiaire A de la surface extérieure de la batterie 100, vers l'extrémité de pôle positif. La région de dissipation maximale de chaleur est représentée dans la Fig. 3, qui est une région définie en s'étendant à 5mm de la position intermédiaire A (une position à environ 32,5mm) de la direction longitudinale de la batterie 100, vers l'extrémité de pôle positif, jusqu'à une position B (une position à environ 37,5mm). Cette région peut également être une région définie en s'étendant sur une plus grande distance par rapport à la position intermédiaire A (une position à environ 32,5mm) de la direction longitudinale de la batterie 100, vers l'extrémité de pôle positif, jusqu'à une position C (une position à environ 43,3mm) aux deux-tiers de la longueur totale de la batterie 100 dans la direction longitudinale, ou une région définie en s'étendant sur une plus grande distance par rapport à la position intermédiaire A (une position à environ 32,5mm) de la direction longitudinale de la batterie 100, vers l'extrémité de pôle positif, jusqu'à une position D (une position à environ 48,75mm) aux trois-quarts de la longueur totale de la batterie 100 dans la direction longitudinale.
Comme le montre la Fig. 6, ce bloc de batteries comprend en outre un support 101 et un support 102 respectivement formés aux deux extrémités de la pluralité de batteries 100 et du groupe de batteries 200 résultant, tout en étant disposé dans un plan s'étendant perpendiculairement à une direction longitudinale de la pluralité de batteries 100 ainsi agencées, pour supporter la pluralité de batteries 100 et le bloc de batteries 200 résultant. Les supports, ensemble avec un élément d'encapsulage intégral 110, enrobent le groupe de batteries 200 dans une structure arrangée de façon compacte. Ce bloc de batteries comprend en outre une plaque d'appui 103 et une plaque d'appui 104. La plaque d'appui 103 et la plaque d'appui 104, tout comme le support 101 et le support 102, sont disposées dans un plan s'étendant perpendiculairement à la direction longitudinale de la pluralité de batteries 100 ainsi arrangées. La plaque d'appui 103 et la plaque d'appui 104 comportent respectivement des perçages 105 formés pour correspondre au contour extérieur des batteries 100. Ainsi, la plaque d'appui 103 peut être montée au niveau d'une position intermédiaire du groupe de batteries 200, notamment une position d'une section transversale A' formée par la position A lorsque les batteries sont en place. Pour obtenir un effet de dissipation de chaleur souhaité, la plaque d'appui 103 peut également être agencée en une position s'étendant sur une certaine distance par rapport à la section transversale A' formée par la position A lorsque chaque batterie est agencée vers l'extrémité de pôle négatif de la batterie. La distance peut être en particulier de 1 à 5mm. Le montage de la plaque d'appui 104 et son scellage pour le matériau à changement de phase sont décrits en détails ci-dessous. Lorsque toutes les batteries 100 du groupe de batteries 200 sont agencées les unes en face des autres, la plaque d'appui 104 est montée au niveau d'une position d'une section transversale B' formée par la position B, ou d'une position d'une section transversale C' formée par la position C lorsque les batteries 100 sont en place. La région de dissipation maximale de chaleur est définie dans une région située entre la plaque d'appui 103 et la plaque d'appui 104. Ainsi, puisque le groupe de batteries 200 comprend des batteries agencées dans deux directions opposées, deux positions de sections transversales B, C' dans la direction de l'extrémité de pôle positif et dans la direction de l'extrémité de pôle négatif apparaissent dans le même groupe de batteries 200, et, par conséquent, deux régions de dissipation maximale de chaleur sont définies. Le matériau à changement de phase 500 est rempli dans une partie d'un interstice 300 défini par les deux régions. Dans ce cas, la plaque d'appui 103 peut être omise, et seules deux plaques d'appui 104 sont mises en place, et le matériau à changement de phase 500 est rempli entre les deux plaques d'appui 104, les deux plaques d'appui 104 étant ainsi utilisées pour sceller le matériau à changement de phase 500. Il faut comprendre que la plaque d'appui 104 peut être montée au niveau d'une position d'une section transversale (non représentée dans les figures) formée par la position D lorsque les batteries 100 sont en place. Lorsque les batteries 100 dans le groupe de batteries 200 sont arrangées dans la même direction, la plaque d'appui 104 peut être montée au niveau d'une position de la section transversale B' formée par la position B, ou d'une position de la section transversale C' formée par la position C, ou d'une position de la section transversale formée par la position D (non représentée dans les figures) lorsque les batteries 100 sont en place. Dans un tel arrangement, la région de dissipation maximale de chaleur est définie dans une région entre la plaque d'appui 103 et la plaque d'appui 104, et le matériau à changement de phase 500, après avoir été transformé en poudre ou en particules par un procédé de transformation, est rempli dans une partie de l'interstice 300 défini par la région, et le matériau à changement de phase est en contact direct avec la région de dissipation maximale de chaleur de la surface extérieure de chaque batterie et scellé par la plaque d'appui 103 et la plaque d'appui 104. Il faut comprendre que la plaque d'appui 104 peut également être montée directement sur le support 102, et le support 102 assure le scellage du matériau à changement de phase tout en supportant les batteries et le groupe de batteries. Les Fig. 7 et 8 montrent un bloc de batteries comprenant une pluralité de batteries 100. Ces batteries 100 sont arrangées de façon compacte pour un groupe de batteries 200. Le bloc de batteries comprend en outre un support 101 et un support 102 répartis aux deux extrémités de la pluralité de batteries 100 et du groupe de batteries 200 résultant, qui encapsulent le groupe de batteries 200 comme une structure arrangée de façon compacte. Le matériau à changement de phase 500, après avoir été encapsulé uniformément dans un matériau isolant, constitue un corps d'encapsulage de matériau à changement de phase 700, et est fixé à la région de dissipation maximale de chaleur des batteries 100 à l'aide d'un ruban adhésif 800, d'un ruban adhésif double-face ou d'un agent adhésif. La région de dissipation maximale de chaleur est définie comme dans la Fig. 3, la région de dissipation maximale de chaleur étant une région définie en s'étendant à 5mm de la position intermédiaire A (une position à environ 32,5mm) de la direction longitudinale de la batterie 100 en direction de l'extrémité de pôle positif, vers une position B (une position à environ 37,5mm). Cette région peut également être une région définie en s'étendant sur une plus grande distance par rapport à la position intermédiaire A (une position à environ 32,5mm) de la direction longitudinale de la batterie 100, vers l'extrémité de pôle positif, jusqu'à une position C (une position à environ 43,3mm) aux deux-tiers de la longueur totale de la batterie 100 dans la direction longitudinale, ou une région définie en s'étendant sur une plus grande distance par rapport à la position intermédiaire A (une position à environ 32,5mm) de la direction longitudinale de la batterie 100, vers l'extrémité de pôle positif, jusqu'à une position D (une position à environ 48,75mm) aux trois-quarts de la longueur totale de la batterie 100 dans la direction longitudinale. De plus, le corps d'encapsulage de matériau à changement de phase 700 peut être disposé dans une région s'étendant à partir de la position intermédiaire A de la batterie 100, vers l'extrémité de pôle négatif, jusqu'à une position symétrique avec la position B, la position C ou la position D, avec la position A comme point de symétrie. Cela signifie que le corps d'encapsulage de matériau à changement de phase 700 peut également être prévu dans une région symétrique avec la région de dissipation maximale de chaleur, avec le point intermédiaire A de la batterie 100 comme point de symétrie, et s'étendant vers l'extrémité de pôle négatif. La Fig. 8 montre une seule batterie enrobée dans le corps d'encapsulage de matériau à changement de phase. Comme le montrent la Fig. 7 et la Fig. 8, le matériau à changement de phase 500, présentant un poids de 2,5g et une densité d'environ 1kg/I, est encapsulé uniformément par un corps d'encapsulage isolant, par exemple un sac en plastique, pour former le corps d'encapsulage de matériau à changement de phase 700. Le corps d'encapsulage de matériau à changement de phase 700 présente une épaisseur de 0,8 à 1mm et une longueur de 28 à 32mm. Les dimensions spécifiques peuvent être ajustées en fonction des dimensions et de l'agencement des batteries 100. Le corps d'encapsulage de matériau à changement de phase 700 est encapsulé aux deux extrémités et encapsule la région de dissipation maximale de chaleur sur la surface extérieure de la batterie 100 et la région symétrique avec la région de dissipation maximale de chaleur, avec le point intermédiaire A de la batterie comme point de symétrie, tout en s'étendant vers l'extrémité de pôle négatif, à l'aide d'un ruban adhésif, d'un ruban adhésif double-face ou d'un agent adhésif. Avec un tel arrangement, la pluralité de batteries 100 est assemblée et fixée comme groupe de batteries 200 et montée dans le boîtier du bloc de batteries d'une manière représentée dans la première forme de réalisation. La Fig. 9a, la Fig. 9b et la Fig. 10 illustrent un bloc de batteries comprenant une pluralité de batteries 100 de lithium-ion, qui sont agencées de façon compacte pour former un groupe de batteries. Un interstice est formé entre les batteries 100 adjacentes et entre les batteries 100 et les supports 101, 102 de gauche et de droite, et le matériau à changement de phase 500 est rempli dans une partie de l'interstice et disposé contre la surface extérieure de la batterie 100, dans sa région de dissipation maximale de chaleur. La région de dissipation maximale de chaleur est définie dans une région s'étendant partiellement à partir de la position intermédiaire A de la surface extérieure de la batterie 100, vers l'extrémité de pôle positif. Comme le montre la Fig. 3, la région de dissipation maximale de chaleur est une région définie en s'étendant à 5mm de la position intermédiaire A (une position à environ 32,5mm) de la direction longitudinale de la batterie 100, vers l'extrémité de pôle positif, jusqu'à une position B (une position à environ 37,5mm). Cette région peut également être une région définie en s'étendant sur une plus grande distance par rapport à la position intermédiaire A (une position à environ 32,5mm) de la direction longitudinale de la batterie 100, vers l'extrémité de pôle positif, jusqu'à une position C (une position à environ 43,3mm) aux deux-tiers de la longueur totale de la batterie 100 dans la direction longitudinale, ou une région définie en s'étendant sur une plus grande distance par rapport à la position intermédiaire A (une position à environ 32,5mm) de la direction longitudinale de la batterie 100, vers l'extrémité de pôle positif, jusqu'à une position D (une position à environ 48,75mm) aux trois-quarts de la longueur totale de la batterie 100 dans la direction longitudinale, ou alors le matériau à changement de phase 500 est prévu dans une région symétrique avec la région de dissipation maximale de chaleur, avec le point intermédiaire A de la batterie 100 comme point de symétrie, et s'étendant vers l'extrémité de pôle négatif. Comme le montre la Fig. 9b, les supports 101, 102 peuvent être de préférence constitués d'un matériau conducteur de chaleur, par exemple de l'aluminium métallique ou du carbure de silicium. Les supports 101, 102 sont engagés et fixés par des moyens mécaniques, par exemple des vis, pour encapsuler les batteries 100 correctement agencées et le matériau à changement de phase 500. Les supports sont entièrement en contact avec le matériau à changement de phase pour bien guider la chaleur générée par les batteries et obtenir un bon effet de dissipation de chaleur, tout en assurant le scellage du matériau à changement de phase 500 et en empêchant les fuites du matériau à changement de phase lorsque le matériau à changement de phase est soumis à un changement de phase. La surface des batteries 100 peut également être recouverte d'un matériau tel qu'une colle conductrice de chaleur, ou une résine conductrice de chaleur, pour augmenter la surface de contact entre le matériau à changement de phase 500 et les batteries 100, et améliorer l'efficacité d'échange de chaleur entre le matériau à changement de phase 500 et les batteries 100. Le matériau à changement de phase peut être complété avec un matériau fortement conducteur de chaleur, tel que le nitrure d'aluminium, la fibre de carbone ou le graphite, pour améliorer l'efficacité et l'effet de dissipation de chaleur à changement de phase. Le matériau à changement de phase 500 utilisé dans le bloc de batteries est de préférence un matériau à changement de phase organique composite, peu corrosif et non-toxique, avec une forme stable lors du changement de phase, en particulier un matériau à changement de phase avec du polyéthylène glycol comme support, et avec une solution de gel de silice ajoutée comme structure de support nanométrique, présentant une enthalpie de changement de phase atteignant 150 à 3501/g. Lors du changement de phase, le matériau à changement de phase demeure invariable quant à sa morphologie, et ne s'écoule pas de manière à provoquer des fuites graves du matériau à changement de phase sous le scellage de la structure d'encapsulage et de la couche de scellage. L'ignifugation du matériau à changement de phase peut être substantiellement améliorée après ajout d'une certaine proportion de retardateur de flamme composite, constitué de graphite et de polyphosphate d'ammonium, au matériau à changement de phase. En raison de cette action d'échange de chaleur, le graphite, en particulier le graphite expansible, peut également améliorer l'efficacité d'échange de chaleur du matériau à changement de phase.
Le matériau à changement de phase 500 utilisé dans le bloc de batteries peut également être un matériau à changement de phase à base de sel inorganique, par exemple un mélange comprenant 80% à 90% d'acétate de sodium, 1% à 5% de sulfonate dodécylbenzène de sodium, 1% à 5% de carboxyméthylcellulose et 1% à 5% de carbonate de sodium, ou un mélange comprenant environ 50% à 99% de polyéthylèneglycol et 1% à 10% de diacétate de cellulose (d'autres agents épaississants tels que le chitosan peuvent être utilisés pour remplacer le diacétate de cellulose). Le mélange est broyé et mélangé pour obtenir le matériau à changement de phase souhaité, qui est appliqué sur chaque batterie après avoir été transformé ou encapsulé dans un corps d'encapsulage. Le composant et les proportions correspondantes peuvent également varier en fonction des besoins. Le matériau à changement de phase 500 peut également consister en d'autres matériaux à changement de phase, y compris des matériaux à changement de phase solide-liquide organiques, tels que des hydrocarbures gras, des polyols polyéthylènes ou des alcools polyènes, par exemple de la paraffine, ou des matériaux à changement de phase solide-liquide organiques, tels que les alcools polyhydriques ou des macromolécules, par exemple le pentaérythritol (PE), le triméthyloléthane (PG) et le néopentylglycol (NPG), ou d'autres matériaux à changement de phase organiques composites, par exemple un matériau à changement de phase composite de paraffine/graphite, un matériau à changement de phase composite de paraffine/alcool polyvinylique, ou des matériaux à changement de phase inorganiques, par exemple des sels hydratés ou des sels fondus. Le matériau à changement de phase peut être combiné avec un matériau hautement conducteur de chaleur, constitué au moins de graphite, de fibres de carbone, de mousse métallique, de nitrure d'aluminium nanométrique, de particules métalliques nanométriques, de particules d'oxyde de métal nanométriques et de copeaux métalliques, pour augmenter la conductivité thermique du matériau à changement de phase composite ainsi que l'efficacité de la dissipation de chaleur du matériau à changement de phase. Le matériau à changement de phase peut également être combiné avec une matière fibreuse telle qu'une matière fibreuse naturelle ou artificielle, par exemple la fibre d'acétate, la fibre de polyester, la fibre de verre, la fibre métallique, la fibre de coton ou la fibre végétale, de préférence la fibre de verre, où la teneur en matière fibreuse est de 0,5% à 5%, de préférence de 0,5% à 1%. Un procédé de fabrication spécifique comprend les étapes de mélangeage de poudre de matériau à changement de phase avec une matière fibreuse selon certaines proportions, l'agitation uniforme du mélange comme matière première, et la transformation de celle-ci en un matériau à changement de phase d'une forme souhaitée, par un procédé de moulage par injection. Avec l'ajout de matière fibreuse, le matériau à changement de phase présente une résistance nettement améliorée et peut être mis en forme plus facilement, sans se casser. Le matériau à changement de phase appliqué sur la batterie 100 présente de préférence un poids certain. Chaque batterie 100 est enrobée ou encapsulée avec le matériau à changement de phase, qui présente un poids de 1,5 à 3,5g et une densité de 1 à 2 kg/I, tout en étant réparti uniformément sur la surface extérieure de la batterie. De préférence, lorsque chaque batterie 100 est enrobée ou encapsulée avec 2 à 3g de matériau à changement de phase, le matériau à changement de phase peut être réparti uniformément par une structure d'encapsulage ou une couche de scellage et maintient une bonne forme uniforme lors du changement de phase, de manière à obtenir un effet de dissipation de chaleur optimal. De plus, un tel arrangement peut également maintenir la forme extérieure et la taille des batteries encapsulées et du groupe de batteries résultant, tout en permettant d'obtenir une structure compacte. Dans le bloc de batteries de la présente invention, le matériau à changement de phase 500 ne recouvre pas le contour extérieur de l'ensemble de la batterie 100, mais il est plutôt réparti sur la partie de la batterie qui présente la génération de chaleur la plus rapide et la plus forte hausse de température, notamment dans la région de dissipation maximale de chaleur. Un tel arrangement peut d'une part maintenir les dimensions compactes de la batterie, y compris le matériau à changement de phase, le groupe de batteries et le bloc de batteries, avec une structure simple et une installation facile, et d'autre part, en raison des limitations de la quantité totale et de la densité du matériau à changement de phase adaptées pour chaque batterie, le matériau à changement de phase peut être réparti uniformément, tout en maintenant une excellente résistance contre l'écoulement. Même en cas d'écoulement ou de fuite, le matériau à changement de phase ne s'échappe pas et ne fuit pas vers les deux extrémités et les pôles positif et négatif des batteries 100, ce qui entraînerait des défaillances de batterie du fait que le matériau à changement de phase ne recouvre pas le contour extérieur de l'ensemble de la batterie.
Lorsque la température des batteries 100 augmente à environ 40 degrés centigrades lors de la charge ou de la décharge, le matériau à changement de phase 500 commence à agir pour ralentir la hausse de température du bloc de batteries, et maintient finalement la température des batteries 100 en-dessous de 70 degrés centigrades lorsque la décharge est terminée, atteignant ainsi l'objectif de dissipation de chaleur. En association avec la dissipation de chaleur rapide lors de la charge, le bloc de batteries se décharge sur une certaine durée et n'est pas obligé d'assurer une protection continue contre la surchauffe. En cas de décharge de courant fort, en particulier lors de l'utilisation d'un outil de jardinage alimenté par un bloc de batteries avec une tension nominale de 36V ou de 56V, le bloc de batteries peut travailler en continu sur une certaine durée de décharge, la durée de vie des batteries est améliorée et le bloc de batteries permet une alimentation continue cyclique infinie pour l'outil électrique. Lorsque les batteries se déchargent, la chaleur générée par celles-ci est directement proportionnelle à une magnitude du courant de décharge. Après un certain nombre de charges ou de décharges, la résistance interne du bloc de batteries augmente et fait encore augmenter la chaleur générée par les batteries lors de la charge ou de la décharge. Le TABLEAU 1 ci-dessous illustre des résultats d'essai d'une batterie unique enrobée dans un matériau à changement de phase annulaire, et le groupe de batteries 200 résultant. Une fois que la batterie 100 est enrobée dans le matériau à changement de phase dans la région de dissipation maximale de chaleur et dans la région de dissipation maximale de chaleur symétrique, le courant de décharge est augmenté à 25 degrés centigrades, et après 300 cycles de charge et de décharge, une capacité supplémentaire maximale réelle de la batterie est apparemment plus élevée qu'une capacité supplémentaire maximale réelle de la batterie sans le matériau à changement de phase. Un groupe de batteries 200 de 7 batteries agencées en série puis reliées en parallèle est utilisé comme objet d'expérimentation, la tension nominale du bloc de batteries étant de 56V, appelé 1452P, et le bloc de batteries est chargé et déchargé cycliquement avec un courant de décharge de 10A, dans des conditions de 35 degrés centigrades. Comme on peut le constater, le groupe de batteries 200 construit selon les descriptions présentées ci-dessus est toujours capable de maintenir 73% de sa capacité après 500 ou même 700 cycles de charge et de décharge, tandis que le groupe de batteries 200 sans matériau à changement de phase encapsulé est déjà endommagé après 188 cycles de charge et de décharge, et une capacité réelle mesurée des batteries est déjà inférieure à 60% ou même moins.
TABLEAU 1 Contenu du test bjet du test Courant de Température de test Nombre de Capacité décharge cycles de supplémentaire réelle charge et de décharge Une seule batterie au lithium 10A 25°C 300 72% Une seule batterie au 11A 25°C 300 88% lithium encapsulée dans un matériau à changement de phase Bloc de batteries au 10A 35°C 188 - lithium de 56V (14S2P) Bloc de batteries au 10A 35°C 500 85% lithium de 56V (14S2P) encapsulé dans un matériau à changement de phase Bloc de batteries au 10A 35°C 700 73% lithium de 56V (14S2P) encapsulé dans un matériau à changement de phase Dans certaines formes de réalisation, le support 101 et le support 102 peuvent consister en un élément en plastique, en nitrure d'aluminium ou d'autres matériaux isolants avec une forte conductivité thermique, et ils sont donc eux-mêmes de bon conducteurs thermiques pour dissiper la chaleur des batteries 100. Le support 101 et le support 102 peuvent en outre présenter une certaines élasticité, pour maintenir un espace de tension pour compenser les vibrations pour les batteries 100 et le groupe de batteries 200 200 par rapport à l'intérieur ou à l'extérieur. De la même façon, la plaque d'appui 103 et la plaque d'appui 104 peuvent consister en un élément en plastique, en nitrure d'aluminium ou d'autres matériaux isolants avec une forte conductivité thermique, et ils sont donc eux-mêmes de bon conducteurs thermiques pour dissiper la chaleur des batteries 100. La batterie 100 peut également être configurée de manière à être plate, rectangulaire ou toute autre forme régulière. Le matériau à changement de phase 500 peut également être appliqué sur ces batteries non-cylindriques, et réparti uniformément sur la région de dissipation maximale de chaleur de ces batteries, afin d'obtenir un effet de dissipation de chaleur souhaitable. Les figures et les formes de réalisation ci-dessus sont fournies uniquement à titre d'exemple, et les personnes qualifiées dans l'art comprendront que des modifications et des variantes évidentes dans les éléments et arrangements présentés ci-dessus peuvent être considérées comme tombant dans le champ de protection des revendications attenantes.

Claims (18)

  1. REVENDICATIONS1. Un bloc de batteries (200) pour un outil électrique sans fil, comprenant : une pluralité de batteries (100), dans lequel au moins une batterie parmi la pluralité de batteries (100) est partiellement pourvue d'un matériau à changement de phase (500) ; et au moins un support (101, 102) pour supporter la pluralité de batteries (100) ; dans lequel le matériau à changement de phase (500) est disposé dans la région de dissipation maximale de chaleur de l'au moins une batterie (100) et la région de dissipation maximale de chaleur est une région s'étendant à partir d'une position intermédiaire de la surface extérieure de l'au moins une batterie (100), vers une extrémité de pôle positif de l'au moins une batterie (100).
  2. 2. Bloc de batteries selon la revendication 1, dans lequel le matériau à changement de phase (500) est configuré pour être annulaire et appliqué en manchon sur la surface extérieure de l'au moins une batterie (100).
  3. 3. Bloc de batteries selon la revendication 2, dans lequel le matériau à changement de phase (500) est encapsulé sur l'au moins une batterie (100) par une couche d'encapsulage (600).
  4. 4. Bloc de batteries selon la revendication 3, dans lequel le matériau à changement de phase (500) disposé sur l'au moins une batterie (100) présente un poids de 1,5g à 3,5g.
  5. 5. Bloc de batteries selon la revendication 3, dans lequel le matériau à changement de phase (500) disposé sur l'au moins une batterie (100) présente une densité de 1kg/I à 2kg/I.
  6. 6. Bloc de batteries selon la revendication 1, dans lequel la région de dissipation maximale de chaleur se trouve à une position aux deux-tiers dans direction longitudinale de l'au moins une batterie (100) s'étendant à partir de la position intermédiaire de la surface extérieure de l'au moins une batterie (100) vers l'extrémité de pôle positif.
  7. 7. Bloc de batteries selon la revendication 1, dans lequel la région de dissipation maximale de chaleur se trouve à une position aux trois-quarts dans une direction longitudinale de l'au moins une batterie (100) s'étendant à partir de la position intermédiaire de la surface extérieurede l'au moins une batterie (100) vers l'extrémité de pôle positif.
  8. 8. Bloc de batteries selon la revendication 6, dans lequel le matériau à changement de phase (500) est en outre prévu dans une région s'étendant vers une extrémité de pôle négatif et symétrique avec la région de dissipation maximale de chaleur, avec un point intermédiaire de l'au moins une batterie (100) étant un point de symétrie.
  9. 9. Bloc de batteries selon la revendication 1, dans lequel le matériau à changement de phase (500) comprend une matière fibreuse avec une teneur de 0,5% à 5%.
  10. 10. Bloc de batteries selon la revendication 1, dans lequel le matériau à changement de phase (500) est rempli dans un ou plusieurs interstices (300) entre la pluralité de batteries (100) et un interstice entre la pluralité de batteries (100) et les supports (101, 102).
  11. 11. Bloc de batteries selon la revendication 10, dans lequel le bloc de batteries comprend en outre deux plaques d'appui (103, 104), et le matériau à changement de phase (500) est rempli entre les aux moins deux plaques d'appui (103, 104).
  12. 12. Bloc de batteries selon la revendication 11, dans lequel les plaques d'appui (103, 104) supportent la pluralité de batteries (100) et scellent le matériau à changement de phase (500).
  13. 13. Bloc de batteries selon la revendication 12, dans lequel les au moins deux plaques d'appui (103, 104) sont pourvues de matériau d'étanchéité supplémentaire.
  14. 14. Bloc de batteries selon la revendication 10, dans lequel les supports (101, 102) scellent le matériau à changement de phase (500).
  15. 15. Bloc de batteries selon la revendication 13, dans lequel les plaques d'appui (103, 104) et les supports (101, 102) sont constitués d'un matériau thermoconducteur.
  16. 16. Bloc de batteries (200) pour un outil électrique sans fil, comprenant : une pluralité de batteries (100) ; une structure de dissipation de chaleur constituée d'un matériau à changement de phase (500) pour dissiper la chaleur hors de la pluralité de batteries (100), la structure de dissipation de chaleur étant positionnée uniquement dans une région prédéterminée s'étendant à partir d'une position intermédiaire de chaque batterie (100), vers des extrémitésde pôle de chaque batterie (100), la région de dissipation maximale de chaleur étant une région de la batterie (100) avec la plus forte génération de chaleur et l'augmentation de température la plus rapide ; et au moins un support (101, 102) pour supporter la pluralité de batteries (100).
  17. 17. Bloc de batteries selon la revendication 16, dans lequel le matériau à changement de phase (500) comprend une matière fibreuse avec une teneur de 0,5% à 5%.
  18. 18. Bloc de batteries selon la revendication 16, dans lequel la structure de dissipation de chaleur est partiellement reçue dans un interstice (300) entre la pluralité de batteries (100) ou un interstice entre la pluralité de batteries (100) et les supports (101, 102).
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