FR3023416A3 - Module de batterie a assemblage simplifie - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un module de batterie comportant au moins deux cellules électrochimiques de stockage de l'électricité à enveloppes souples disposées côte à côte, au moins une entretoise étant disposée entre les deux cellules. L'entretoise est faite au moins partiellement d'un matériau déformable et est disposée dans le module de sorte à se déformer sous l'effet de gonflement des deux cellules lors de phases de charge et de décharge de la batterie. Application : véhicules électriques ou hybrides

Description

Module de batterie à assemblage simplifié La présente invention concerne un module de batterie. Elle s'applique notamment aux véhicules automobiles électriques ou hybrides.

Dans le contexte actuel de consensus autour du réchauffement climatique, la diminution des émissions de dioxyde de carbone (002) est un défi majeur auquel sont confrontés les constructeurs automobiles, les normes étant toujours plus exigeantes en la matière.

Outre l'amélioration constante des rendements des moteurs thermiques classiques, qui s'accompagne d'une baisse des émissions de 002, les véhicules électriques et les véhicules hybrides thermique-électrique sont aujourd'hui considérés comme la solution la plus prometteuse pour diminuer les émissions de 002. Dans la suite de la présent demande, l'expression « véhicules électriques » désigne indifféremment les véhicules électriques et les véhicules hybrides thermique-électrique, y compris les véhicules hybrides rechargeables. Différentes technologies ont été envisagées pour concevoir des batteries de traction pour véhicule électrique, chacune présentant des avantages et des inconvénients. La technologie lithium-ion (li-ion) présente notamment l'avantage d'un excellent compromis entre la densité d'énergie, favorable à l'autonomie, et la densité de puissance, favorable aux performances notamment l'accélération. Mais sa mise en oeuvre n'est pas sans poser de nombreuses difficultés. Tout d'abord, la migration des ions lithium dans une cellule li-ion de stockage d'énergie est fortement exothermique et nécessite donc la mise en oeuvre de moyens de refroidissement performants et coûteux. De plus, les cycles de charge et décharge des cellules li-ion impliquent des phénomènes de production et de consommation de gaz au coeur de la cellule. Lorsqu'il s'agit d'une cellule à enveloppe souple, de type des cellules prismatiques à deux faces dites « pouch » selon la terminologie anglo-saxonne communément admise, ces phénomènes gazeux engendrent non seulement un gonflement réversible de la cellule à chaque cycle charge-décharge, mais également un gonflement irréversible qui ne fait qu'augmenter jusqu'à la fin de la vie de la cellule.

Or, pour atteindre les niveaux de tension et de courant requis par une application à haute-tension comme une batterie de traction d'un véhicule électrique, plusieurs cellules « pouch » doivent être assemblées en modules et plusieurs modules doivent être assemblés pour former un « pack » selon 5 la terminologie anglo-saxonne communément admise, ceci en respectant toutes les contraintes habituelles du milieu automobile en termes de résistance vibratoire, de résistance au crash et d'intégrité dimensionnelle de manière générale. Or les phénomènes de gonflement, tant réversibles qu'irréversibles, entraînent une augmentation de l'épaisseur des cellules et 10 donc une poussée mécanique au coeur des modules transversalement aux plans des cellules. Il est donc nécessaire de mettre en oeuvre des moyens pour contrôler cette poussée si l'on veut assurer l'intégrité dimensionnelle des modules et du pack. Il s'agit là encore d'un problème que la présente invention se propose de résoudre. 15 On connaît de la demande de brevet US2011070474 de disposer d'une part des éléments plats de dissipation de la chaleur entre des cellules « pouch » empilées et d'autre part des éléments élastiques de pression. Un 20 inconvénient de la solution selon US2011070474 tient notamment à la complexité de l'assemblage de tous ces éléments. Il s'agit là encore d'un inconvénient que la présente invention se propose de résoudre. La présente invention a pour but de résoudre les inconvénients 25 précités, notamment de fournir une solution industrielle pour assurer à coût réduit le maintien mécanique des cellules dans un module, tout en s'affranchissant des risques liés au gonflement et à l'échauffement. A cet effet, l'invention a pour objet un module de batterie comportant au moins deux cellules électrochimiques de stockage de l'électricité à enveloppes 30 souples disposées côte à côte dans le module, au moins une entretoise étant disposée entre les deux cellules. L'entretoise est faite au moins partiellement d'un matériau déformable et est disposée dans le module de sorte à se déformer sous l'effet de gonflement des deux cellules lors de phases de charge et de décharge de la batterie.

Dans un mode de réalisation préférentiel où les cellules sont prismatiques à deux faces, celles-ci peuvent être disposées dans le module avec une face d'une cellule en regard d'une face de l'autre cellule, l'entretoise pouvant être disposée entre les deux dites faces et pouvant 5 comporter au moins une partie formant une saillie en le matériau déformable. Avantageusement, deux entretoises peuvent être disposées entre les deux dites faces, avec une partie formant saillie d'une entretoise en regard d'une partie formant saillie de l'autre entretoise. De préférence, l'entretoise peut être faite au moins partiellement 10 d'un matériau conducteur de la chaleur, de sorte à évacuer la chaleur produite par les deux cellules lors des phases de charge et de décharge de la batterie. Par exemple, l'entretoise peut être faite au moins partiellement d'un matériau métallique. 15 La présente invention a également pour objet une batterie de traction pour véhicule électrique ou hybride comportant un tel module. La présente invention a enfin pour objet un véhicule électrique ou hybride comportant une telle batterie. 20 La présente invention a donc bien pour principal avantage de diminuer le coût d'un module, tant en ce qui concerne les fournitures qu'en ce qui concerne l'assemblage. 25 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : 30 - les figures I a et 1 b, par des vues schématiques de profil, une illustration d'un mode de réalisation d'un module de cellules selon l'invention ; - la figure 2, par une vue en perspective, une illustration d'un mode de réalisation d'une entretoise selon l'invention ; - la figure 3, par une vue en perspective, une illustration du même module selon l'invention.

Cette figure 3 donne une vue générale en perspective d'un module 1, dont l'enveloppe est formée par un boîtier 13, rassemblant plusieurs cellules prismatiques à deux faces de type « pouch » et apte à être utilisé dans une batterie de traction d'un véhicule électrique ou hybride. Les figures la et lb illustrent plus en détail par deux vues schématiques de profil le module 1 dans deux états distincts. La figure 1 a illustre un état initial, par exemple l'état neuf du module 1, durant lequel ses cellules ne sont pas gonflées. La figure 1 b illustre un état de fonctionnement durant lequel elles sont gonflées suite à des cycles de charge et de décharge. Une bi-cellule 11 comporte une entretoise 113 et une entretoise 114 selon l'invention, présentant toutes deux une forme générale de plaque, entre lesquelles sont disposées côte à côte une cellule pouch 111 sensiblement plane et une cellule pouch 112 sensiblement plane également, une face de la cellule 111 étant disposée en regard d'une face de la cellule 112. Le module 1 comporte également une bi- cellule 12. La bi-cellule 12 comporte une entretoise 123 et une entretoise 124 selon l'invention, présentant toutes deux une forme générale de plaque, entre lesquelles sont disposées côte à côte une cellule pouch 121 sensiblement plane et une cellule pouch 122 sensiblement plane également, une face de la cellule 121 étant disposée en regard d'une face de la cellule 122. Les bi-cellules 11 et 12 sont maintenues côte à côte dans le boîtier 13 formant l'enveloppe du module 1, comme illustré par la figure 3. La base du boîtier 13 est représentée partiellement sur les figures 1 a et 1 b, de sorte qu'une face de la cellule 112 est disposée en regard d'une face de la cellule 121, avec les entretoises 114 et 124 entre les deux faces. Des moyens maintiennent l'entretoise 114 de la bi-cellule 11 au contact de l'entretoise 124 de la bi-cellule 12. Dans le présent exemple de réalisation, il s'agit du boîtier 13 lui-même, sur la base duquel reposent les bi-cellules 11 et 12 par l'intermédiaire des bords des entretoises 113, 114, ainsi que 121 et 122 respectivement. En effet, le boîtier 13 comporte en outre des tirants 15 permettant de maintenir en place l'assemblage, comme illustré sur la figure 3. Mais il n'est pas nécessaire que les tirants 15 exercent une force de pression sur les bi-cellules 11 et 12, seulement qu'ils assurent l'absence de jeu entre les bi-cellules 11 et 12, c'est-à-dire entre les entretoises 114 et 124. La figure 3 illustre également les bornes des cellules (ou « tab » selon la terminologie anglo-saxonne) soudées deux à deux, comme par exemple les bornes 16. Comme illustré par la figure 1 a dans l'état initial où les cellules 111, 112, 121 et 122 ne sont pas gonflées, les entretoises 113, 114, 124 et 123, quoiqu'elles présentent toutes une forme générale de plaque, présentent chacune au moins une saillie, à savoir 1131, 1141, 1241 et 1231 respectivement sur la figure 1 a. Les saillies de l'entretoise 113 sont illustrées plus en détails par la figure 2.

La figure 2 illustre par une vue en perspective l'entretoise 113 comportant non seulement la saillie 1131 illustrée par la figure 1 a, mais également des saillies 1132, 1133 et 1134 non visibles sur la figure 1 a compte tenu de la vue de profil qu'elle offre. Les saillies 1131, 1132, 1133 et 1134 peuvent par exemple être obtenues par estampage d'une plaque métallique entre deux matrices complémentaires, l'utilisation d'un matériau métallique pour former les entretoises 113, 114, 123 et 124 permettant, outre d'absorber le gonflement des cellules par déformation du matériau, d'évacuer la chaleur produite par les cellules durant les cycles de charge ou de décharge. Sur la figure 2, les saillies 1131, 1132, 1133 et 1134 s'étendent vers l'arrière-plan de la figure.

Comme illustré par la figure lb dans l'état où les cellules 111, 112, 121 et 122 sont gonflées suite à un cycle de charge ou de décharge, les saillies des entretoises 113, 114, 124 et 123, notamment les saillies 1131, 1141, 1241 et 1231 illustrés par la figure, subissent des forces de gonflement F111, F112, F121 et F122 exercée par les cellules 111, 112, 121 et 122 respectivement, de sorte que les entretoises 113, 114, 124 et 123 ont tendance à reprendre quasiment la forme initiale sensiblement plane qu'avaient les plaques métalliques dans lesquelles elles ont été estampées. Notamment, la saillie 1141 et la saillie 1241, qui sont disposées en regard l'une de l'autre, se déforment sous les forces de pression opposées F112 et F121 exercées par les cellules 112 et 121 respectivement lorsque celles-ci gonflent, notamment pendant un cycle de charge ou de décharge. Puis, lorsque les cellules 111, 112, 121 et 122 sont laissées au repos prolongé, par exemple durant une phase de parking extérieur sans recharge par exemple, elles se dégonflent partiellement, l'intensité des forces de gonflement F111, F112, F121 et F122 diminuant et donc également la pression sur les entretoises 113, 114, 124 et 123, qui ont donc tendance à reprendre leur forme estampée avec des saillies. Notamment, la saillie 1141 et la saillie 1241 reprennent leur forme lorsque les forces F112 et F121 exercées par les cellules 112 et 121 respectivement diminuent par suite du dégonflement desdites cellules 112 et 121. D'une certaine manière, les entretoises 113, 114, 124 et 123 selon l'invention jouent le même rôle que des ressorts qui absorberaient les variations d'épaisseur des cellules, mais à bien moindre coût.

En fournissant des entretoises ayant la double fonction d'absorption des gonflements des cellules et d'évacuation de la chaleur produite par les cellules, la présente invention a donc pour principaux avantages d'être très compacte, très légère, et surtout très économique.

Claims (7)

1. REVENDICATIONS1. Module (1) de batterie comportant au moins deux cellules électrochimiques de stockage de l'électricité (112, 121), lesdites cellules étant à enveloppes souples, lesdites cellules étant disposées côte à côte dans le module, au moins une entretoise (114) étant disposée entre les deux dites cellules, le module étant caractérisé en ce que : - l'entretoise est faite au moins partiellement d'un matériau déformable ; - l'entretoise est disposée dans le module de sorte à se déformer sous l'effet de gonflement des deux cellules lors de phases de charge et de décharge de la batterie.
2. 2. Module (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lesdites cellules (112, 121) étant des cellules prismatiques à deux faces, lesdites cellules étant disposées dans le module avec une face d'une cellule en regard d'une face de l'autre cellule, l'entretoise (114) est disposée entre les deux dites faces et comporte au moins une partie formant une saillie (1141) en le matériau déformable.
3. 3. Module (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que deux entretoises (114, 124) sont disposées entre les deux dites faces, avec une partie formant saillie (1141) d'une entretoise en regard d'une partie formant saillie (1241) de l'autre entretoise.
4. 4. Module (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entretoise (114) est faite au moins partiellement d'un matériau conducteur de la chaleur, de sorte à évacuer la chaleur produite par les deux cellules (112, 121) lors des phases de charge et de décharge de la batterie.
5. 5. Module (1) selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que l'entretoise (114) est faite au moins partiellement d'un matériau métallique.
6. 6. Batterie de traction pour véhicule électrique ou hybride comportant un module (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes.35
7. 7. Véhicule électrique ou hybride comportant une batterie de traction selon la revendication précédente.