FR3118314A1 - Entretoise pour cellules électrochimiques de batterie. - Google Patents
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Abstract
Entretoise pour cellules électrochimiques de batterie Entretoise (1) pour cellules électrochimiques (2) de batterie, caractérisée en ce qu’elle comprend une structure alvéolaire formée par des parois (11), les parois (11) présentant des trous (12) permettant à un fluide de traverser les alvéoles de la structure alvéolaire. Figure pour l’abrégé : 6
Description
L’invention concerne une entretoise pour cellules électrochimiques de batterie, comme des cellules lithium-ion par exemple. L’invention porte aussi sur un module de batterie comprenant une telle entretoise. L’invention porte également sur un véhicule automobile comprenant une telle entretoise, ou un tel module de batterie.
Les performances des batteries de véhicules électriques ou hybrides dépendent fortement de leur température de fonctionnement. Il est donc nécessaire de maitriser les plages de températures auxquelles sont soumises de telles batteries.
A cet effet, la plupart des batteries de véhicules électriques ou hybrides sont équipées de systèmes de refroidissement intégrés. Ces systèmes mettent en œuvre une circulation de fluides liquides dans des conduits permettant un échange thermique entre le fluide et les cellules électrochimiques de batterie, via une interface thermique. Alternativement, la circulation d’un fluide diélectrique entrant directement en contact avec les cellules de batteries peut être mise en œuvre pour optimiser les échanges thermiques entre la cellule et le fluide de refroidissement. Toutefois certaines zones des cellules restent difficilement accessibles au fluide de refroidissement, notamment du fait des variations du volume des cellules lors des phases de charge et de décharge de la batterie, qui créent une compression des cellules entre elles.
On connaît du document CN209357868 la solution technique consistant à intercaler une plaque de transfert thermique entre deux cellules contiguës. Les plaques de transfert contiennent un fluide de refroidissement, qui peut être par exemple de l’eau.
Toutefois, cette solution présente des inconvénients. En particulier, l’efficacité thermique de cette solution technique n’est pas optimale, à cause notamment de la présence de multiples interfaces d’échange. De plus, la mise en œuvre de cette solution est complexe du fait des nombreux raccordements entre chaque plaque de transfert et le circuit de circulation du fluide. Par ailleurs, du fait de sa nature conductrice, le fluide ne doit surtout pas entrer en contact avec les cellules de batterie, sous peine de créer un incident électrique, des courts-circuits par exemple. La complexité des raccordements et le risque d’incident électrique associé à une fuite constituent donc des failles importantes d’un tel système de refroidissement.
Le but de l’invention est de fournir un dispositif remédiant aux inconvénients ci-dessus et améliorant les dispositifs connus de l’art antérieur. En particulier, l’invention permet de réaliser un dispositif qui soit simple, fiable et efficace, qui permette une circulation d’un fluide de refroidissement sur toute la surface des cellules de batterie, et dont la mise en œuvre ne présente aucun risque d’incident électrique.
A cet effet, l’invention porte sur une entretoise pour cellules électrochimiques de batterie, comprenant une structure alvéolaire formée par des parois, les parois présentant des trous permettant à un fluide de traverser les alvéoles de la structure alvéolaire.
Dans un mode de réalisation, les trous sont répartis sur les parois de la structure alvéolaire de sorte que chaque alvéole présente au moins deux trous.
Dans un mode de réalisation, les parois comprennent une première série de trous alignés le long d’un premier segment et optionnellement une deuxième série de trous alignés le long d’un deuxième segment, les premier et deuxième segments étant parallèles entre eux.
Dans un mode de réalisation, l’entretoise présente deux faces principales, les parois de la structure alvéolaire s’étendant perpendiculairement aux deux faces principales, d’une face principale à l’autre.
Dans un mode de réalisation, les deux faces principales sont sensiblement parallèles à une direction d’alignement des trous des parois des alvéoles.
Dans un mode de réalisation, la distance entre les deux faces principales de l’entretoise est inférieure à 2 millimètres voire inférieure à 1,5 millimètres, voire égale à 1 millimètre.
Dans un mode de réalisation,
- l’épaisseur des parois d’une alvéole est comprise entre 100 et 500 microns, et/ou
- la plus grande dimension d’une section orthogonale d’une alvéole est comprise entre 0,5 et 0,8 millimètre, et/ou
- le diamètre des trous est compris entre 0,1 et 0,3 millimètre.
- l’épaisseur des parois d’une alvéole est comprise entre 100 et 500 microns, et/ou
- la plus grande dimension d’une section orthogonale d’une alvéole est comprise entre 0,5 et 0,8 millimètre, et/ou
- le diamètre des trous est compris entre 0,1 et 0,3 millimètre.
Dans un mode de réalisation, l’entretoise résiste à une force de compression égale à 490 Newton, la force de compression étant exercée perpendiculairement à ses faces principales.
Dans un mode de réalisation, l’entretoise est réalisée par moulage ou injection en Acrylonitrile Butadiène Styrène.
L’invention porte également sur un module de batterie comprenant au moins deux cellules adjacentes de batterie et une entretoise selon l’invention agencée entre lesdites deux cellules adjacentes.
Dans un mode de réalisation, le module de batterie comprend :
- un premier nombre de cellules, chaque cellule présentant deux faces principales, parallèles entre elles
- un deuxième nombre d’entretoises selon l’invention, le deuxième nombre d’entretoises étant supérieur d’une unité au premier nombre de cellules,
les cellules et les entretoises étant disposées en alternance de sorte que chaque face principale de chaque cellule soit en contact avec une face principale d’une entretoise.
- un premier nombre de cellules, chaque cellule présentant deux faces principales, parallèles entre elles
- un deuxième nombre d’entretoises selon l’invention, le deuxième nombre d’entretoises étant supérieur d’une unité au premier nombre de cellules,
les cellules et les entretoises étant disposées en alternance de sorte que chaque face principale de chaque cellule soit en contact avec une face principale d’une entretoise.
Dans un mode de réalisation, le module de batterie comprend :
- un boitier hermétique comprenant respectivement un premier et un deuxième orifice, destinés au raccordement d’un circuit thermique pour la mise en œuvre d’une circulation de fluide sous pression dans le boitier hermétique, notamment de fluide diélectrique, selon une direction de circulation globale définie par un axe reliant le premier orifice au deuxième orifice,
les trous de chaque entretoise étant agencés de sorte que la direction de circulation de fluide par lesdits trous au sein de chaque entretoise soit sensiblement alignée à la direction de circulation globale.
- un boitier hermétique comprenant respectivement un premier et un deuxième orifice, destinés au raccordement d’un circuit thermique pour la mise en œuvre d’une circulation de fluide sous pression dans le boitier hermétique, notamment de fluide diélectrique, selon une direction de circulation globale définie par un axe reliant le premier orifice au deuxième orifice,
les trous de chaque entretoise étant agencés de sorte que la direction de circulation de fluide par lesdits trous au sein de chaque entretoise soit sensiblement alignée à la direction de circulation globale.
L’invention porte également sur un véhicule automobile, comprenant
- un module de batterie selon l’invention, et
- un système de refroidissement créant une circulation d’un fluide diélectrique sous pression,
le système de refroidissement étant raccordé aux orifices du module de batterie de sorte à créer un écoulement du fluide diélectrique sous pression dans le module de batterie,
le fluide diélectrique circulant à travers les trous des entretoises du module,
le fluide diélectrique étant au contact direct des faces principales des cellules du module.
- un module de batterie selon l’invention, et
- un système de refroidissement créant une circulation d’un fluide diélectrique sous pression,
le système de refroidissement étant raccordé aux orifices du module de batterie de sorte à créer un écoulement du fluide diélectrique sous pression dans le module de batterie,
le fluide diélectrique circulant à travers les trous des entretoises du module,
le fluide diélectrique étant au contact direct des faces principales des cellules du module.
Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d’un mode de réalisation particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
Un mode de réalisation d’un véhicule automobile 100 selon l’invention est décrit ci-après en référence à la . Le véhicule automobile 100 est un véhicule automobile électrique ou hybride, notamment un véhicule de tourisme ou un véhicule utilitaire.
Le véhicule automobile 100 est équipé d’une batterie 4 selon l’invention, de type Lithium, ou Li-ion. La batterie 4 pourrait également être une batterie dite tout solide ou à électrolyte solide.
La batterie 4 comprend plusieurs modules de batterie 3, les modules 3 comprenant des cellules Li-ion de batterie 2.
Le véhicule automobile 100 est également équipé d’un système thermique 5, plus spécifiquement illustré par la , mettant en œuvre une circulation de fluide sous pression dans chacun des modules 3 de la batterie 4. Dans un mode de réalisation préférentiel le fluide circulant dans les modules 3 est un fluide à propriétés diélectriques, par exemple un fluide fluocarboné ou une huile, de sorte qu’il peut entrer en contact avec les cellules 2 sans risque de générer d’effet électrique indésirable.
Le système thermique 5 comprend un circuit thermique 55 contenant le fluide sous pression. Le circuit thermique 55 comprend une portion de circuit réfrigérée 551 ; il comprend également une dérivation 552 et un aiguillage 53 entre la portion réfrigérée 551 et la dérivation 552. L’ensemble de ces éléments permet au système thermique 5 de suspendre le refroidissement du fluide, notamment lorsque la batterie 4 n’a pas besoin d’être refroidie.
Le système thermique 5 comprend également un système de refroidissement 52 comprenant un circuit dans lequel circule du gaz Fréon, notamment un serpentin 522 enroulé autour de la portion réfrigérée 551 du circuit thermique 55, pour son refroidissement.
Le système thermique 5 comprend également une pompe 51 ayant pour rôle de générer une circulation du fluide contenu dans le circuit thermique 55 selon un débit donné. Dans un mode de réalisation, le débit commandé par la pompe est compris entre 400 et 800 litres par heure. Ainsi, grâce à la pompe 51, le fluide sous pression traverse les modules de batterie, d’un point d’entrée 553 à un point de sortie 554. Puis le fluide sous pression repasse par la pompe 51 en empruntant le circuit thermique 55 du point de sortie 554 au point d’entrée 553.
Dans un mode de réalisation, la batterie 4 comprend une résistance chauffante 41, située en aval du point d’entrée 553. La résistance chauffante 41 peut être commandée pour chauffer le fluide circulant dans le circuit thermique 55. Avantageusement, lorsque la résistance 41 est commandée, c’est-à-dire lorsqu’elle chauffe, l’aiguillage 53 est simultanément commandé pour diriger le fluide vers la dérivation 552.
Un module de batterie 3 selon un mode de réalisation de l’invention est décrit ci-après en référence aux figures 3 à 5.
Le module 3 est doté d’un boîtier 31. Dans le mode de réalisation présenté, le boîtier 31 est en forme de parallélépipède rectangle.
Le boîtier 31 comprend ainsi un socle E de forme rectangulaire, et quatre faces latérales A, B, C, D perpendiculaires au socle. Les faces latérales sont disposées de sorte que deux faces contiguës sont perpendiculaires entre elles, et deux faces opposées sont parallèles entre elles. Le socle E et les faces latérales A, B, C, D définissent ensemble le volume intérieur du boîtier 31.
Le boîtier 31 comprend ainsi un socle E de forme rectangulaire, et quatre faces latérales A, B, C, D perpendiculaires au socle. Les faces latérales sont disposées de sorte que deux faces contiguës sont perpendiculaires entre elles, et deux faces opposées sont parallèles entre elles. Le socle E et les faces latérales A, B, C, D définissent ensemble le volume intérieur du boîtier 31.
Le boîtier 31 comprend en outre un couvercle 313 permettant de fermer hermétiquement le boîtier 31. Notamment la fixation du couvercle 313 sur les faces latérales A, B, C, D est conçue pour résister à la pression exercée par le fluide sous pression circulant à l’intérieur du boîtier 31.
La pression exercée par le fluide sur le boîtier est variable. La pression est déterminée en premier lieu par le débit du fluide, imposé par la pompe 51, le débit du fluide étant préférentiellement constant. La pression est par ailleurs déterminée par le volume que le fluide peut occuper dans le boîtier. Or ce volume est variable, du fait des variations de volume des cellules 2 contenues dans le boîtier 31, lors de leurs phases de charge et de décharge.
La pression exercée par le fluide sur le boîtier est variable. La pression est déterminée en premier lieu par le débit du fluide, imposé par la pompe 51, le débit du fluide étant préférentiellement constant. La pression est par ailleurs déterminée par le volume que le fluide peut occuper dans le boîtier. Or ce volume est variable, du fait des variations de volume des cellules 2 contenues dans le boîtier 31, lors de leurs phases de charge et de décharge.
Un orifice 311, 312 est présent sur une première face latérale A et une deuxième face latérale B du boîtier, les première et deuxième faces A, B étant opposées l’une à l’autre. Deux embouts 6 sont fixés sur la partie extérieure des première et deuxième faces A, B, en vis-à-vis des orifices 311, 312. Les embouts 6 sont destinés au raccordement des modules 3 au circuit de gestion thermique 55.
Dans la suite du document, les faces latérales C et D sont nommées respectivement troisième face latérale C et quatrième face latérale D.
Le module 3 comprend en outre une pluralité de cellules de batterie 2. Ces cellules sont préférentiellement de type pouch, en référence au terme anglais « pouch» signifiant sachet. Ces cellules sont enveloppées dans un sachet ou « pouch », qui est thermoscellé de sorte à ne laisser ressortir que les terminaux électriques 21.
Dans ce mode de réalisation, une cellule de batterie 2 est généralement en forme de parallélépipède rectangle de faible épaisseur.
Dans le mode de réalisation présenté, chaque cellule présente deux faces dites principales FP2, qui sont parallèles entre elles et qui présentent une aire significativement plus importante que les autres faces de la cellule.
Dans le mode de réalisation présenté, chaque cellule présente deux faces dites principales FP2, qui sont parallèles entre elles et qui présentent une aire significativement plus importante que les autres faces de la cellule.
A titre d’exemple de dimensions, la longueur d’une face principale de cellule de batterie peut se situer entre 150 millimètres et 450 millimètres, sa largeur peut se situer entre 50 millimètres et 150 millimètres.
Dans certains modes de réalisation, la longueur ainsi que la largeur d’une cellule peuvent varier très fortement, selon l’usage des cellules 2. Ainsi ces mesures peuvent dépasser un mètre, voire dépasser deux mètres.
L’épaisseur d’une cellule varie également, notamment en fonction du nombre et de la nature des électrodes qu’elle contient, et du type d’électrolyte utilisé. Notamment, l’épaisseur d’une cellule peut se situer entre 5 et 15 mm.
Le module 3 comprend en outre une pluralité d’entretoises 1 selon le mode de réalisation de l’invention. Préférentiellement, le nombre d’entretoises contenues dans le module 3 est supérieur d’une unité au nombre de cellules contenues dans le module 3. Par exemple, un module de batterie contenant 10 cellules pourra de préférence contenir 11 entretoises.
L’entretoise 1 selon l’invention est une structure alvéolaire formée par des parois 11. Différentes formes d’alvéoles sont envisageables, parmi lesquelles des alvéoles en forme de nid d’abeille, ou des alvéoles en forme de losange. La décrit une structure alvéolaire comprenant des alvéoles en forme de losange.
Dans un mode de réalisation, l’enveloppe de la structure alvéolaire est sensiblement en forme de parallélépipède rectangle de faible épaisseur.
Ainsi, l’enveloppe de chaque entretoise présente deux faces dites principales FP1, qui sont parallèles entre elles et qui sont d’une aire significativement plus importante que les autres faces de l’enveloppe de l’entretoise, dites faces secondaires FS1.
Dans un mode de réalisation, l’enveloppe de la structure alvéolaire est sensiblement en forme de parallélépipède rectangle de faible épaisseur.
Ainsi, l’enveloppe de chaque entretoise présente deux faces dites principales FP1, qui sont parallèles entre elles et qui sont d’une aire significativement plus importante que les autres faces de l’enveloppe de l’entretoise, dites faces secondaires FS1.
Les parois 11 de la structure alvéolaire, c’est-à-dire les parois délimitant les alvéoles de la structure alvéolaire, s’étendent entre les deux faces principales FP1 de l’entretoise.
Les parois 11 sont préférentiellement perpendiculaires aux faces principales FP1, de sorte à maximiser la résistance en compression de l’entretoise 1, lorsque la force de compression est exercée perpendiculairement aux faces principales FP1. Dans un mode de réalisation préférentiel, l’entretoise résiste à une force de compression de 490 Newton, cette limite pouvant aller jusqu’à 4900 Newton dans d’autres modes de réalisation, la force de compression étant exercée perpendiculairement à ses faces principales FP1.
Les parois 11 de la structure alvéolaire présentent des trous 12 permettant à un fluide de traverser les alvéoles de la structure alvéolaire. Les trous 12 peuvent être répartis sur la structure alvéolaire de sorte que chaque alvéole présente au moins deux trous.
Dans le mode de réalisation représenté par la , les trous 12 des parois 11 de la structure alvéolaire sont répartis de façon uniforme sur l’ensemble de la structure alvéolaire. Notamment, chaque paroi d’alvéole est trouée en plusieurs points.
Par exemple, dans le mode de réalisation représenté par les figures 6 et 7, l’entretoise est percée dans son épaisseur de sorte que chaque perçage produise un alignement de trous 12 dans la structure alvéolaire, les trous étant alignés selon une direction x1. La direction x1 est préférentiellement perpendiculaire à deux faces secondaires opposées FS1 de l’enveloppe de la toise. Cette opération est répétée de sorte à obtenir au total huit perçages selon la direction x1.
Plus généralement, les parois peuvent comprendre une première série de trous alignés le long d’un premier segment et optionnellement une deuxième série de trous alignés le long d’un deuxième segment, les premier et deuxième segments étant parallèles entre eux, c’est-à-dire alignés à une direction commune x1 nommée dans la suite du document direction d’alignement x1.
De préférence, les parois 11 présentent une pluralité de trous alignés le long d’une pluralité de segments, dont le nombre peut être supérieur ou égal à 3, orientés selon la direction d’alignement x1.
Dans le mode de réalisation représenté par les figures 6 et 7, lesdits segments sont parallèles et coplanaires ; ils sont contenus dans un plan partageant l’entretoise 1 dans son épaisseur, préférentiellement en deux parties égales.
Avantageusement un trou 12 est disposé à chaque intersection desdits segments avec les parois 11 de la structure alvéolaire.
Dans un mode de réalisation, l’entretoise 1 est réalisée par moulage ou injection, notamment en Acrylonitrile Butadiène Styrène ABS. Les trous sont également réalisés par moulage ou injection.
Les dimensions des faces principales FP1 de l’entretoise, notamment leur longueur LO1 et leur largeur LA1 sont préférentiellement identiques aux dimensions des faces principales FP2 des cellules de batterie disposées dans le module 3.
L’épaisseur de l’entretoise, correspondant à la distance entre les deux faces principales FP1 de l’entretoise, est notamment déterminée par un compromis entre l’optimisation de la gestion thermique de la batterie, et l’optimisation de l’énergie volumique de la batterie.
Pour optimiser la gestion thermique, l’entretoise doit être suffisamment épaisse pour permettre l’écoulement du fluide à travers les trous des parois d’alvéoles.
Pour optimiser l’énergie volumique de la batterie, l’épaisseur de l’entretoise doit être la plus faible possible.
Dans un mode de réalisation préférentiel, l’épaisseur de l’entretoise est comprise entre 1 et 2 millimètres. Avantageusement, l’épaisseur de l’entretoise est inférieure à 2 millimètres voire inférieure à 1,5 millimètres, voire égale à 1 millimètre.
Pour optimiser l’énergie volumique de la batterie, l’épaisseur de l’entretoise doit être la plus faible possible.
Dans un mode de réalisation préférentiel, l’épaisseur de l’entretoise est comprise entre 1 et 2 millimètres. Avantageusement, l’épaisseur de l’entretoise est inférieure à 2 millimètres voire inférieure à 1,5 millimètres, voire égale à 1 millimètre.
Dans un mode de réalisation préférentiel, la structure alvéolaire est telle que :
- l’épaisseur des parois 11 d’une alvéole est comprise entre 100 et 500 microns, et/ou
- la plus grande dimension d’une section orthogonale d’une alvéole est comprise entre 0,5 et 0,8 millimètres, et/ou la longueur des côtés d’un losange formant la structure alvéolaire est comprise entre 0,5 et 1 millimètres, et/ou
- le diamètre des trous est compris entre 0,1 et 0,3 millimètre, et/ou
- le nombre de trous par côté d’un losange est compris entre 1 et 4.
- l’épaisseur des parois 11 d’une alvéole est comprise entre 100 et 500 microns, et/ou
- la plus grande dimension d’une section orthogonale d’une alvéole est comprise entre 0,5 et 0,8 millimètres, et/ou la longueur des côtés d’un losange formant la structure alvéolaire est comprise entre 0,5 et 1 millimètres, et/ou
- le diamètre des trous est compris entre 0,1 et 0,3 millimètre, et/ou
- le nombre de trous par côté d’un losange est compris entre 1 et 4.
En référence à la , on définit un repère orthonormé comprenant des axes X, Y et Z. Les axes X, Y, Z sont utilisés dans la suite du document comme référence pour la description de l’assemblage d’un module 3 selon le mode de réalisation de l’invention. L’axe X sera considéré comme définissant la direction longitudinale, parallèle à la base E d’un module et orienté selon la plus grande longueur de cette base. L’axe Y, perpendiculaire à l’axe X, est de même parallèle à la base E d’un module. L’axe Z est perpendiculaire aux deux axes X, Y, orienté selon une direction perpendiculaire au plan de la base E.
La base E du boîtier 31 du module 3 est dans un plan parallèle au plan XY et les première et deuxième faces latérales A, B du boîtier (présentant chacune un orifice 311, 312) sont chacune dans un plan parallèle au plan YZ. Dans le mode de réalisation présenté par la , les orifices 311, 312 sont alignés sur un axe x2 parallèle à l’axe X. Ainsi, en traversant le boîtier 31, de l’orifice 311 à l’orifice 312, le fluide se déplacera globalement selon une direction alignée à l’axe X.
Les troisième et quatrième faces latérales C, D du boîtier 31 se situent chacune dans un plan parallèle au plan XZ.
Dans un mode de réalisation préférentiel, tel que représenté par la , les cellules 2 sont disposées dans le boîtier 31 de sorte que ses faces principales PF2 soient parallèles aux troisième et quatrième faces latérales C, D du boîtier 31. De cette façon, les faces principales PF2 des cellules sont parallèles à l’axe X, donc à la direction globale du déplacement du fluide. Elles sont aussi parallèles aux troisième et quatrième faces latérales C, D du boîtier 31.
Avantageusement, les terminaux électriques 21 des cellules 2 sont disposés en vis-à-vis des première et deuxième faces A, B du boîtier.
Dans un mode de réalisation, les terminaux positifs des cellules sont tous disposés en vis-à-vis de l’une des première et deuxième faces A, B, et les terminaux négatifs des cellules sont tous disposés en vis-à-vis de l’autre des première et deuxième faces A, B.
Dans un mode de réalisation préférentiel, les cellules peuvent être disposées de sorte à alterner terminaux positifs et négatifs en vis-à-vis de chacune des première et deuxième faces A, B.
Une ou plusieurs barres d’interconnexion permettent de connecter les cellules en série.
Dans un mode de réalisation, les terminaux positifs des cellules sont tous disposés en vis-à-vis de l’une des première et deuxième faces A, B, et les terminaux négatifs des cellules sont tous disposés en vis-à-vis de l’autre des première et deuxième faces A, B.
Dans un mode de réalisation préférentiel, les cellules peuvent être disposées de sorte à alterner terminaux positifs et négatifs en vis-à-vis de chacune des première et deuxième faces A, B.
Une ou plusieurs barres d’interconnexion permettent de connecter les cellules en série.
Les entretoises 1 sont disposées dans le module 3 entre chaque paire de cellules adjacentes. Autrement dit, les entretoises 1 et les cellules 2 sont disposées en alternance dans le module 3.
Les faces principales FP1 des entretoises sont donc disposées parallèlement au plan XZ, et parallèlement aux faces principales FP2 des cellules.
De ce fait, la direction d’alignement x1 des trous de l’entretoise est alignée à l’axe X. Autrement dit, les trous de l’entretoise sont alignés entre eux selon plusieurs segments, chaque segment étant aligné à la direction globale du déplacement du fluide, celle-ci étant définie par la position des orifices d’entrée du fluide 311, 312 dans le module 3.
De ce fait, la direction d’alignement x1 des trous de l’entretoise est alignée à l’axe X. Autrement dit, les trous de l’entretoise sont alignés entre eux selon plusieurs segments, chaque segment étant aligné à la direction globale du déplacement du fluide, celle-ci étant définie par la position des orifices d’entrée du fluide 311, 312 dans le module 3.
Dans le mode de réalisation présenté, la direction d’alignement x1 et la direction globale du déplacement du fluide sont alignées.
Le fluide traverse les entretoises 1 du module, circulant d’une première face secondaire FS1 à une deuxième face secondaire FS1 de l’entretoise, selon une direction perpendiculaire à la direction des alvéoles, perpendiculaire à au moins une face principale de l’entretoise.
Le fluide traverse les entretoises 1 du module, circulant d’une première face secondaire FS1 à une deuxième face secondaire FS1 de l’entretoise, selon une direction perpendiculaire à la direction des alvéoles, perpendiculaire à au moins une face principale de l’entretoise.
Dans un mode de réalisation alternatif, les orifices 311, 312 des première et deuxième faces A, B pourraient être disposés de sorte que la direction d’alignement x1 et la direction globale du déplacement du fluide forment un angle non nul. Préférentiellement l’angle formé par ces deux directions est inférieur à un seuil maximal, notamment inférieur à 30 degrés, voire inférieur à 15 degrés, afin de favoriser un écoulement laminaire du fluide.
L’alternance d’entretoises 1 et de cellules 2 débute et se termine par une entretoise. Il y a donc une entretoise de plus que de cellules.
En effet, comme illustré par les figures 3 et 5, une entretoise est disposée entre la troisième face C du boîtier 31 et la première cellule placée dans le module 3.
De même, une entretoise sera placée entre la quatrième face D et la dernière cellule agencée dans le module 3.
Les deux entretoises situées entre une face latérale et une cellule ont pour fonction de faciliter l’écoulement du fluide entre une face latérale du boîtier et la cellule la plus proche de cette face latérale.
En effet, comme illustré par les figures 3 et 5, une entretoise est disposée entre la troisième face C du boîtier 31 et la première cellule placée dans le module 3.
De même, une entretoise sera placée entre la quatrième face D et la dernière cellule agencée dans le module 3.
Les deux entretoises situées entre une face latérale et une cellule ont pour fonction de faciliter l’écoulement du fluide entre une face latérale du boîtier et la cellule la plus proche de cette face latérale.
L’ensemble constitué par l’alternance de cellules et d’entretoises est maintenu en place par une compression exercée par les troisième et quatrième faces C, D du boîtier 31 sur les entretoises bordant cet ensemble.
Lors des phases de charge et de décharge de la batterie, les cellules 2 sont amenées à augmenter de volume. Une telle augmentation de volume génère une surpression sur les entretoises et les parois du boîtier. La structure alvéolaire des entretoises permet avantageusement d’absorber une partie de cette augmentation de volume en permettant à la cellule de s’insérer sensiblement dans les alvéoles, sans toutefois les remplir.
Ainsi, par sa forme et par ses caractéristiques de résistance à la pression, la structure alvéolaire améliore la robustesse du module et de la batterie face aux variations de volumes des cellules.
De plus, même pendant les phases de dilatation des cellules 2, la structure des entretoises maintient un espace de circulation du fluide entre deux cellules contiguës, de sorte à maintenir un contact direct entre le fluide et les cellules sur sensiblement toute la surface des cellules.
La circulation du fluide dans les alvéoles est rendue possible par la présence des trous 12 sur les parois 11 des alvéoles. Avantageusement, la disposition des trous, alignés selon plusieurs segments parallèles à la direction globale de déplacement du fluide, favorise la mise en place d’un écoulement laminaire du fluide sur sensiblement toute la surface de la cellule.
La circulation du fluide dans les alvéoles est rendue possible par la présence des trous 12 sur les parois 11 des alvéoles. Avantageusement, la disposition des trous, alignés selon plusieurs segments parallèles à la direction globale de déplacement du fluide, favorise la mise en place d’un écoulement laminaire du fluide sur sensiblement toute la surface de la cellule.
En variante, toute autre répartition des trous des alvéoles serait possible, dès lors que le fluide peut circuler de l’entrée vers la sortie de l’entretoise en venant au contact direct avec les cellules contiguës pour les refroidir. Ainsi, les trous des alvéoles ne sont pas nécessairement alignés. D’autre part, tout nombre de trous est possible, au moins deux par alvéole. Par cet agencement, le fluide circulant dans l’entretoise vient au contact direct avec la ou les cellules adjacentes, de préférence sur sensiblement toute leur surface, voire sur au moins les trois quarts de leur surface. D’autre part, les trous peuvent être tous identiques ou différents. Ils peuvent présenter toute forme formant un passage pour un fluide.
Dans un autre mode de réalisation, la répartition des trous dans les parois alvéolaires pourrait être calculée en fonction d’une répartition spatiale de température dans une cellule de batterie, de sorte à obtenir un débit de fluide plus important sur les zones de plus forte température ou de plus forte amplitude thermique.
Par exemple, une portion de structure alvéolaire située en vis-à-vis d‘une zone centrale de la cellule, notamment une portion longitudinale centrale de la cellule, pourrait disposer de nombreux trous dans toutes ses alvéoles de sorte à maximiser le débit du fluide dans ces portions.
A l’inverse, d’autres portions de la même structure alvéolaire, situées notamment en en vis-à-vis des bordures de la cellule, pourraient présenter moins de trous de sorte à minimiser le débit du fluide dans ces portions. Notamment, dans ce mode de réalisation, certaines alvéoles pourraient ne pas présenter de trou.
Par exemple, une portion de structure alvéolaire située en vis-à-vis d‘une zone centrale de la cellule, notamment une portion longitudinale centrale de la cellule, pourrait disposer de nombreux trous dans toutes ses alvéoles de sorte à maximiser le débit du fluide dans ces portions.
A l’inverse, d’autres portions de la même structure alvéolaire, situées notamment en en vis-à-vis des bordures de la cellule, pourraient présenter moins de trous de sorte à minimiser le débit du fluide dans ces portions. Notamment, dans ce mode de réalisation, certaines alvéoles pourraient ne pas présenter de trou.
D’autres modes de réalisation, notamment d’autres modes de répartition des trous dans la structure alvéolaire pourraient également être envisagés.
Au total, les bénéfices d’une entretoise 1 selon l’invention sont multiples.
Premièrement, l’entretoise 1 permet la circulation du fluide sur sensiblement toute la surface d’une cellule contiguë, en particulier sur la zone centrale de la cellule qui peut subir de fortes températures. Cet agencement favorise l’optimisation de l’échange thermique.
Deuxièmement, grâce à sa structure alvéolaire, l’entretoise laisse libre accès à la surface de la cellule ; autrement dit, l’entretoise ne s’interpose pas entre la cellule et le fluide. En permettant au fluide d’être au plus proche de la cellule, c’est-à-dire en contact direct avec l’enveloppe de la cellule, l’entretoise permet au transfert calorique entre le fluide et la cellule de s’effectuer sans résistance thermique, et donc de manière optimisée.
Troisièmement, en pouvant créer un écoulement laminaire, l’entretoise optimise encore l’échange thermique entre la cellule et le fluide.
Premièrement, l’entretoise 1 permet la circulation du fluide sur sensiblement toute la surface d’une cellule contiguë, en particulier sur la zone centrale de la cellule qui peut subir de fortes températures. Cet agencement favorise l’optimisation de l’échange thermique.
Deuxièmement, grâce à sa structure alvéolaire, l’entretoise laisse libre accès à la surface de la cellule ; autrement dit, l’entretoise ne s’interpose pas entre la cellule et le fluide. En permettant au fluide d’être au plus proche de la cellule, c’est-à-dire en contact direct avec l’enveloppe de la cellule, l’entretoise permet au transfert calorique entre le fluide et la cellule de s’effectuer sans résistance thermique, et donc de manière optimisée.
Troisièmement, en pouvant créer un écoulement laminaire, l’entretoise optimise encore l’échange thermique entre la cellule et le fluide.
Claims (13)
- Entretoise (1) pour cellules électrochimiques (2) de batterie, caractérisée en ce qu’elle comprend une structure alvéolaire formée par des parois (11), les parois (11) présentant des trous (12) permettant à un fluide de traverser les alvéoles de la structure alvéolaire.
- Entretoise (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les trous (12) sont répartis sur les parois de la structure alvéolaire de sorte que chaque alvéole présente au moins deux trous.
- Entretoise (1) selon la revendication précédente caractérisée en ce que les parois comprennent une première série de trous alignés le long d’un premier segment et optionnellement une deuxième série de trous alignés le long d’un deuxième segment, les premier et deuxième segments étant parallèles entre eux.
- Entretoise (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que
- l’épaisseur des parois (11) d’une alvéole est comprise entre 100 et 500 microns, et/ou
- la plus grande dimension d’une section orthogonale d’une alvéole est comprise entre 0,5 et 0,8 millimètre, et/ou
- le diamètre des trous (12) est compris entre 0,1 et 0,3 millimètre.
- Entretoise (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle est réalisée par moulage ou injection en Acrylonitrile Butadiène Styrène.
- Entretoise (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle présente deux faces principales (FP1) et en ce que les parois (11) de la structure alvéolaire s’étendent perpendiculairement aux deux faces principales (FP1), d’une face principale à l’autre.
- Entretoise (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les deux faces principales (FP1) sont sensiblement parallèles à une direction d’alignement des trous (12) des parois (11) des alvéoles.
- Entretoise (1) selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que la distance entre ses deux faces principales (FP1) est inférieure à 2 millimètres voire inférieure à 1,5 millimètres, voire égale à 1 millimètre.
- Entretoise (1) selon l’une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce qu’elle résiste à une force de compression égale à 490 Newton, la force de compression étant exercée perpendiculairement à ses faces principales (FP1).
- Module de batterie (3) caractérisé en ce qu’il comprend au moins deux cellules (2) adjacentes de batterie et une entretoise (1) selon l’une des revendications précédentes agencée entre lesdites deux cellules adjacentes.
- Module de batterie (3) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend :
- un premier nombre de cellules (2), chaque cellule présentant deux faces principales (FP2), parallèles entre elles
- un deuxième nombre d’entretoises (1) selon l’une des revendications 6 à 9, le deuxième nombre d’entretoises étant supérieur d’une unité au premier nombre de cellules,
les cellules (2) et les entretoises (1) étant disposées en alternance de sorte que chaque face principale (FP2) de chaque cellule soit en contact avec une face principale (FP1) d’une entretoise. - Module de batterie (3) selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce qu’il comprend :
- un boitier hermétique (31) comprenant respectivement un premier et un deuxième orifice (311, 312), destinés au raccordement d’un circuit thermique (55) pour la mise en œuvre d’une circulation de fluide sous pression dans le boitier hermétique (31), notamment de fluide diélectrique, selon une direction de circulation globale définie par un axe (x2) reliant le premier orifice (311) au deuxième orifice (312)
et caractérisé en ce que les trous (12) de chaque entretoise sont agencés de sorte que la direction de circulation de fluide par lesdits trous au sein de chaque entretoise soit sensiblement alignée à la direction de circulation globale. - Véhicule automobile (100), caractérisé en ce qu’il comprend un module de batterie (3) selon la revendication précédente, et un système de refroidissement (5) créant une circulation d’un fluide diélectrique sous pression, le système de refroidissement (5) étant raccordé aux orifices (311, 312) du module de batterie (3) de sorte à créer un écoulement du fluide diélectrique sous pression dans le module de batterie (3), et en ce que le fluide diélectrique circule à travers les trous (12) des entretoises (1) du module (3) et en ce que le fluide diélectrique est au contact direct des faces principales (FP2) des cellules du module (3).
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KR20160107572A (ko) * | 2015-03-04 | 2016-09-19 | 주식회사 엘지화학 | 배터리 |
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US20200136203A1 (en) * | 2018-08-28 | 2020-04-30 | Mahle International Gmbh | Accumulator assembly |
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- 2020-12-18 FR FR2013718A patent/FR3118314A1/fr active Pending
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- 2021-12-10 EP EP21835285.4A patent/EP4264730A1/fr active Pending
- 2021-12-10 WO PCT/EP2021/085306 patent/WO2022128823A1/fr unknown
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