FR3120991A1 - Batterie de stockage d’électricité et véhicule équipé d’une telle batterie - Google Patents

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Christophe Bouly
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Abstract

Batterie de stockage d’électricité et véhicule équipé d’une telle batterie La batterie (3) comprend :- au moins un ensemble (5) de cellules de stockage d’électricité (7) ayant des grandes faces (9) en vis-à-vis séparées l’une de l’autre par un interstice (19) ;- dans chaque interstice (19), une pluralité de séparations (25) délimitant entre elles une pluralité de canaux de circulation (27) d’un fluide caloporteur ;- un circuit (31) de refroidissement des cellules de stockage d’électricité (7), comprenant une pluralité canaux de distribution (35) ménagés entre le fond (21) de la batterie et les faces inférieurs (11) des cellules de stockage d’électricité (7), les canaux de distribution (35) distribuant le fluide caloporteur dans les canaux de circulation (27) de tous les interstices (19). Figure pour l'abrégé : 4

Description

Batterie de stockage d’électricité et véhicule équipé d’une telle batterie
La présente invention concerne en général les batteries de stockage d’électricité.
Il est possible de refroidir les cellules de stockage d’électricité d’une telle batterie par immersion dans un fluide diélectrique. Dans ce cas, une possibilité est d’organiser la circulation du fluide diélectrique de manière à ce que celui-ci circule au contact des trois petites faces des cellules de stockage d’électricité. Un tel mode de refroidissement est plus performant que les systèmes de refroidissement traditionnels des batteries de stockage d’électricité. Dans ces systèmes traditionnels, le fluide caloporteur circule à l’extérieur de la batterie, au contact du fond sur lequel reposent les cellules de stockage d’électricité.
Par ailleurs, le refroidissement de la batterie de stockage d’électricité est critique pour certaines situations de vie de la batterie, notamment lors des recharges rapides.
Dans ce contexte, l’invention vise à proposer une batterie de stockage d’électricité permettant un refroidissement des cellules de stockage d’électricité qui soit encore plus performant.
A cette fin, l’invention porte selon un premier aspect sur une batterie de stockage d’électricité, comprenant :
- au moins un ensemble de cellules de stockage d’électricité ayant chacune deux grandes faces perpendiculaires à une direction principale et une face inférieure raccordant les deux grandes faces l’une à l’autre, les cellules de stockage d’électricité étant alignées suivant la direction principale et formant un alignement, deux cellules de stockage d’électricité voisines dans l’alignement ayant des grandes faces en vis-à-vis séparées l’une de l’autre par un interstice;
- dans chaque interstice, une pluralité de séparations délimitant entre elles une pluralité de canaux de circulation d’un fluide caloporteur en contact avec les grandes faces délimitant l’interstice;
- un fond s’étendant sous les cellules de stockage d’électricité, en vis-à-vis des faces inférieures des cellules de stockage d’électricité;
- un circuit refroidissement des cellules de stockage d’électricité, comprenant un collecteur amont et une pluralité canaux de distribution raccordés fluidiquement au collecteur amont, les canaux de distribution s’étendant selon la direction principale et étant ménagés entre le fond et les faces inférieurs des cellules de stockage d’électricité, les canaux de distribution distribuant le fluide caloporteur dans les canaux de circulation de tous les interstices.
Ainsi, la circulation du fluide caloporteur est organisée pour que ce fluide circule au contact des grandes faces des cellules de stockage d’électricité. Ceci permet un refroidissement particulièrement efficace. En effet, ces cellules comportent une enveloppe externe définissant les grandes faces, dans laquelle sont insérés plusieurs enroulements. Ces enroulements sont constitués d’au moins un ensemble formé d’une cathode et d’une anode, séparées par un séparateur. Les enroulements sont en contact avec presque toute la surface des grandes faces. Lors de la charge et de la décharge de la cellule de stockage d’électricité, ce sont principalement les enroulements qui chauffent, et par conductivité ces derniers chauffent les grandes faces de la cellule.
Les séparations permettent de ménager une pluralité de canaux de circulation dans chaque interstice, et donc de guider le fluide caloporteur de manière appropriée au contact des grandes faces de manière à obtenir un excellent refroidissement des cellules de stockage d’électricité.
Les canaux de distribution passant sous les cellules permettent à la fois de refroidir les faces inférieures des cellules de stockage d’électricité et de distribuer le fluide caloporteur dans les canaux de circulation de tous les interstices.
La batterie de stockage d’électricité peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- dans chaque interstice, les séparations sont des bandes de matière plastique en appui sur les deux grandes faces délimitant l’interstice ;
- la batterie comprend, dans chaque interstice, une cloison parallèle aux deux grandes faces délimitant ledit interstice, les séparations comprenant chacune au moins une bande de matière plastique placée d’un côté de la cloison, de préférence deux bandes de matière plastique placées de part et d’autre de la cloison, et en appui sur les deux grandes faces ;
- dans chaque interstice les séparations sont des reliefs ménagés dans au moins une des grandes faces délimitant l’interstice ;
- la batterie comporte une structure entretoise posée sur le fond, la structure entretoise comprenant une pluralité de profils s’étendant suivant la direction principale, les profils délimitant entre eux les canaux de distribution ;
- la batterie comporte pour chaque ensemble de cellules de stockage d’électricité deux renforts latéraux s’étendant selon la direction principale et délimitant entre eux un compartiment, ledit ensemble de cellules de stockage d’électricité étant disposé dans le compartiment avec un espace entre l’ensemble de cellules de stockage d’électricité et chaque renfort latéral, une résine adhésive remplissant l’espace et solidarisant de manière adhésive les cellules de stockage d’électricité aux renforts latéraux ;
- un fil est disposé dans chaque espace, le fil s’étendant sur toute la longueur dudit espace selon la direction principale et à proximité du fond ;
- le ou chaque fil est en un métal résistif conduisant l’électricité et comprend une connexion agencée pour sélectivement raccorder électriquement le fil à une source de courant électrique ;
- une lamelle d’un matériau de très faible densité est intégrée dans la résine adhésive dans le ou chaque espace.
Selon un second aspect, l’invention porte sur un véhicule comprenant une batterie de stockage d’électricité ayant les caractéristiques ci-dessus.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
- la est une représentation schématique simplifiée d’un véhicule automobile équipé d’une batterie de stockage d’électricité selon l’invention ;
- la est une vue en perspective du fond de la batterie de stockage d’électricité de la , d’une partie d’un module, et du compartiment prévu pour la réception de ce module à l’intérieur de la batterie, l’un des renforts délimitant le compartiment n’étant pas représenté pour laisser apparaître plus clairement les cellules, le circuit de refroidissement des cellules de stockage d’électricité étant représenté schématiquement sur cette figure ;
- la est une vue similaire à celle de la , tous les modules et tous les compartiments étant représentés ;
- la est une vue en perspective, agrandie, d’un détail de la , les renforts étant omis pour plus de clarté ;
- la est une représentation en section perpendiculairement à la direction principale, prise selon l’incidence des flèches V de la , les renforts délimitant le compartiment des deux côtés étant représentés ;
- la est une vue similaire à celle de la , l’un des renforts et les fils prévus pour libérer le module le cas échéant étant représentés ;
- la est une vue en perspective, éclatée, illustrant une variante de réalisation de l’invention ;
- la est une représentation schématique simplifiée en vue de dessus de deux cellules, illustrant une autre variante de réalisation de l’invention ; et .
- la est une représentation schématique simplifiée en vue de dessus d’une partie d’un compartiment, illustrant une autre variante de réalisation de l’invention.
Le véhicule 1 représenté sur la est équipé d’une batterie de stockage d’électricité 3.
Ce véhicule 1 est typiquement un véhicule automobile, par exemple une voiture, un bus, un camion, etc.
Ce véhicule est par exemple un véhicule propulsé exclusivement par un moteur électrique, le moteur étant alimenté électriquement par la batterie de stockage d’électricité 3. En variante, le véhicule est de type hybride et comporte ainsi un moteur thermique et un moteur électrique alimenté électriquement par la batterie électrique. Selon encore une autre variante, le véhicule est propulsé par un moteur thermique, la batterie électrique étant prévue pour alimenter électriquement d’autres équipements du véhicule, par exemple le démarreur, les feux, etc…
La batterie de stockage d’électricité 3 comprend, comme visible sur les figures 2 à 4, au moins un ensemble 5 de cellules de stockage d’électricité 7.
Chaque cellule de stockage d’électricité 7 présente deux grandes faces 9 perpendiculaires à une direction principale P ( ), et une face inférieure 11 ( ) raccordant les deux grandes faces 9 l’une à l’autre.
Chaque cellule de stockage d’électricité 7 présente typiquement en outre une face supérieure 13, raccordant les deux grandes faces 9 l’une à l’autre, opposée à la face inférieure 11. La face supérieure 13 porte des contacts électriques 15.
La cellule de stockage d’électricité 7 présente encore deux faces latérales 17, raccordant les deux grandes faces 9 l’une à l’autre. Les deux faces latérales 17 sont opposées l’une à l’autre.
Typiquement, les cellules de stockage d’électricité 7 sont de forme prismatique, les faces latérales 17 étant perpendiculaires aux grandes faces 9 et aux faces inférieure et supérieure 11, 13. Les faces inférieures et supérieures 11, 13 sont perpendiculaires aux grandes faces 9.
Les faces inférieure et supérieure 11, 13 sont perpendiculaires à une direction d’élévation E matérialisée sur la . Les faces latérales 17 sont perpendiculaires à une direction secondaire S matérialisée sur la .
La direction d’élévation E, la direction secondaire S et la direction principale P sont perpendiculaires entre elles.
La direction d’élévation E est généralement perpendiculaire au plan de roulement du véhicule 1 quand la batterie 3 est montée à bord de celui-ci.
Le dessus, le dessous, la hauteur, les côtés supérieur et inférieur s’entendent selon la direction d’élévation E dans la présente description.
Les cellules 7 de l’au moins un ensemble 5 sont alignées suivant la direction principale P et constituent un alignement.
Deux cellules 7 voisines dans l’alignement ont des grandes faces 9 en vis-à-vis, séparées l’une de l’autre par un interstice 19.
En d’autres termes, chaque interstice 19 est délimité suivant la direction principale P par les grandes faces 9 des deux cellules de stockage d’électricité 7 qui l’encadrent.
Chaque interstice 19 s’étend sensiblement dans un plan perpendiculaire à la direction principale P.
Les faces supérieures 13 portant les contacts électriques 15 sont tournées du même côté et sont alignées suivant la direction principale P.
Les contacts électriques 15 des différentes cellules d’un même ensemble sont raccordées les unes aux autres, de manière à placer les cellules de stockage d’électricité 7 en séries et/ou en parallèle. Les connecteurs permettant de raccorder les contacts électriques des cellules ne sont pas représentés sur les figures.
Chaque ensemble 5 présente donc la forme générale d’un bloc parallélépipédique, ayant une forme allongée suivant la direction principale P.
Comme visible sur la , la batterie de stockage d’électricité 3 comporte typiquement plusieurs ensembles 5 de cellules de stockage d’électricité.
Ces ensembles 5 sont également couramment appelés modules.
Le nombre d’ensembles 5 est fonction de la capacité de stockage d’électricité de la batterie 3. Dans l’exemple représenté sur la , la batterie comprend huit ensembles 5, chaque ensemble 5 comportant vingt-quatre cellules de stockage d’électricité 7. En variante, la batterie 3 comporte moins de huit modules ou plus de huit modules. Chaque module peut comporter moins de vingt-quatre cellules de stockage d’électricité 7 ou plus de vingt-quatre cellules de stockage d’électricité 7.
Dans l’exemple représenté, les ensembles 5 sont agencés côte à côte suivant la direction secondaire S, et sont tous parallèles les uns aux autres.
Toutefois, d’autres configurations sont possibles. Par exemple, les ensembles 5 pourraient être agencés sur une grille, chaque ligne de la grille comportant plusieurs ensembles 5 placés dans le prolongement les uns des autres suivant la direction principale P, les lignes de la grille étant juxtaposées suivant la direction secondaire S.
Comme visible nettement sur les figures 1 à 3, la batterie de stockage d’électricité 3 comporte encore un fond 21. Le fond 21 dans l’exemple représenté se présente sous la forme d’une plaque sensiblement plane.
Le fond 21 s’étend sous les cellules de stockage d’électricité 7, en vis-à-vis des faces inférieures 11 des cellules de stockage d’électricité 7.
Le fond 21 est sensiblement perpendiculaire à la direction d’élévation E.
La batterie de stockage d’électricité 3 comporte encore un couvercle 23, visible sur la , le fond 21 et le couvercle 23 formant ensemble une enveloppe externe de la batterie 3.
Le fond 21 et le couvercle 23 délimitent ensemble un volume interne dans lequel sont logés les ensembles 5 de cellules de stockage d’électricité 7.
La batterie de stockage d’électricité 3 comporte encore, dans chaque interstice 19, une pluralité de séparations 25 délimitant entre elles une pluralité de canaux de circulation 27 d’un fluide caloporteur en contact avec les grandes faces 9 délimitant ledit interstice 19.
Dans un même interstice 19, les séparations 25 s’étendent toutes suivant la même direction. Cette direction est ici la direction d’élévation E.
Les séparations 25 s’étendent sur toute la hauteur de l’interstice 19, depuis les faces inférieures 11 jusqu’aux faces supérieures 13 des cellules encadrant l’interstice 19.
Les canaux de circulation 27 sont donc parallèles les uns aux autres et s’étendent eux aussi selon la direction d’élévation E. Ils s’étendent eux aussi sur toute la hauteur de l’interstice 19 et débouchent à la fois au niveau des faces inférieures 11 et des faces supérieures 13 des deux cellules encadrant l’interstice 19.
Les séparations 25 sont continues, de telle sorte que les canaux de circulation 27 ne communiquent pas entre eux.
Les séparations 25 sont avantageusement des bandes de matière plastique en appui sur les deux grandes faces délimitant l’interstice 19.
Chaque séparation 25 est par exemple en polyuréthane, ou en polyamide, ou en polyéthylène, ou en polypropylène, ou en tout autre matière adaptée.
Les séparations 25 sont collées sur l’une des deux grandes faces 9, et sont simplement pressées, sans être collées, contre l’autre grande face 9.
Les séparations 25 présentent, selon la direction principale, une épaisseur aussi réduite que possible, pour ne pas augmenter excessivement la longueur de l’ensemble 5 suivant la direction principale.
Les séparations 25 sont toutes identiques les unes aux autres.
Les dimensions et le nombre de séparations 25 dans un même interstice 19 dépend d’une part de la quantité de fluide caloporteur à faire passer, et d’autre part de l’effort suivant la direction principale exercé sur les cellules. L’effort considéré ici est l’effort correspondant à la respiration des cellules de stockage d’électricité 7, et l’effort résultant de l’accélération du véhicule suivant la direction principale.
L’effort de respiration est dû au fait que les cellules ont tendance à gonfler dans certaines situations de vie, par exemple lors des recharges rapides. Les accélérations résultent du déplacement normal du véhicule, ou résultent de chocs subis par le véhicule en cas d’accident.
En tout état de cause, les dimensions et le nombre de séparations 25 dans un même interstice sont choisis pour que ces séparations ne soient pas écrasées au cours de la vie de la batterie de stockage d’électricité 3, et garantissent au fluide caloporteur un passage suffisant pour que la contre-pression générée lors du passage du fluide caloporteur soit modérée.
Le débit de fluide caloporteur transitant dans les canaux de circulation 27 dépend de la chaleur générée par les cellules de stockage d’électricité 7, notamment en cas de charge rapide de la batterie 3.
Par exemple, pour une batterie ayant cent quatre-vingt-douze cellules d’une capacité de stockage d’électricité de 126 Ah, chargées à une vitesse de 6C (charge complète de la batterie en dix minutes), on choisit des séparations 25 ayant une épaisseur de 1 mm, une largeur de 5 mm, les séparations 25 étant espacées de 10 mm suivant la direction secondaire S. En d’autres termes, chaque canal de circulation 27 a une largeur de 10 mm et une épaisseur de 1 mm. Dans ce cas, le nombre de séparations 25 est typiquement de treize pour douze canaux de circulation 27.
Si on considère que la vitesse de charge maximale de la batterie est de 3C (charge complète de la batterie en 20 min), on prévoit des séparations 25 ayant chacune une largeur de 10 mm, une épaisseur de 0,8 mm, les séparations 25 étant espacées de 7 mm suivant la direction secondaire S. En d’autres termes, les canaux de circulation 27 présentent chacun une largeur de 7 mm et une épaisseur de 0,8 mm.
La batterie de stockage d’électricité 3 comprend encore un circuit 31 de refroidissement des cellules de stockage d’électricité 7.
Ce circuit est représenté de manière schématique sur les figures 2 et 3.
Le circuit de refroidissement 31 comprend un collecteur amont 33 et une pluralité de canaux de distribution 35 raccordés fluidiquement au collecteur amont 33.
Le circuit de refroidissement 31 comprend un jeu de canaux de distribution 35 pour chaque ensemble 5 de cellules de stockage d’électricité.
Pour chaque ensemble 5 de cellules de stockage d’électricité, les canaux de distribution 35 s’étendent selon la direction principale P et sont ménagés entre le fond 21 et les faces inférieures 11 des cellules de stockage d’électricité 7 (voir figures 4 et 5). Les canaux de distribution 35 distribuent le fluide caloporteur dans les canaux de circulation 27 de tous les interstices 19 dudit ensemble 5.
Le circuit de refroidissement 31 comporte encore un collecteur aval 37 et, pour chaque ensemble 5, un sous-collecteur 39 de collecte du fluide caloporteur, raccordé fluidiquement au collecteur aval 37. Les canaux de circulation 27 de tous les interstices d’un même ensemble 5 débouchent dans le sous-collecteur 39 associé audit ensemble.
Les sous-collecteurs 39 de tous les ensembles 5 sont raccordés en parallèle au collecteur aval 37.
Les sous-collecteurs 39 s’étendent suivant la direction principale, au-dessus des faces supérieures 13.
Le collecteur amont 33 et le collecteur aval 37 sont ménagés le long de deux bords opposés du fond 21.
Ils s’étendent l’un et l’autre suivant la direction secondaire S.
Selon un exemple de réalisation, le collecteur amont 33 est raccordé fluidiquement à une entrée 41 de fluide caloporteur dans la batterie, et le collecteur aval 37 est raccordé fluidiquement à une sortie de fluide caloporteur 43 hors de la batterie.
L’entrée 41 et la sortie 43 sont prévues pour être raccordées à un circuit de refroidissement embarqué à bord du véhicule, comportant typiquement un organe de circulation du fluide caloporteur et un échangeur de chaleur. L’échangeur de chaleur est prévu pour évacuer la chaleur générée par la batterie de stockage d’électricité 3. L’organe de circulation met en mouvement le fluide caloporteur. Son refoulement est raccordé fluidiquement à l’entrée 41, et son aspiration à la sortie 43.
En variante, l’échangeur de chaleur et l’organe de circulation sont intégrés dans la batterie de stockage d’électricité 3. Dans ce cas, le collecteur aval 37 est raccordé fluidiquement à une entrée de l’échangeur de chaleur, le collecteur amont 33 étant raccordé fluidiquement au refoulement de l’organe de circulation. L’aspiration de l’organe de circulation est raccordée à la sortie de l’échangeur de chaleur.
Le fluide caloporteur est typiquement un liquide diélectrique, par exemple une huile. En variante, le fluide caloporteur est un gaz.
Comme visible sur la , la batterie de stockage d’électricité 3 comprend avantageusement une structure entretoise 45 posée sur le fond 21. La structure entretoise 45 comprend une pluralité de profils 47, 49 s’étendant suivant la direction principale P, les profils 47, 49 délimitant entre eux les canaux de distribution 35.
Chaque interstice 19 présente une premier nombre N1 de canaux de circulation 27.
Ce premier nombre N1 est le même pour tous les interstices 19. En d’autres termes, les interstices 19 présentent tous le même nombre de canaux de circulation 27.
Le circuit de refroidissement 31 comporte, pour chaque ensemble de cellules de stockage d’électricité 5 exactement ledit premier nombre N1 de canaux de distribution 35.
En d’autres termes, le circuit de refroidissement 31 comporte pour chaque ensemble 5 un nombre N1 de canaux de distribution 35 égal au nombre de canaux de circulation 27.
Chaque canal de distribution 35 s’étend sensiblement sur toute la longueur de l’ensemble 5, selon la direction principale.
Chaque canal de distribution 35 alimente un canal de circulation 27 de chaque interstice 19 de l’ensemble 5.
La structure entretoise 45 compte autant de profils 47, 49 qu’il y a de séparations 25 dans chaque interstice 19.
Les profils 47 sont placés, suivant la direction secondaire S, en coïncidence avec les séparations 25. En d’autres termes, les profils 47, 49 présentent sensiblement la même largeur suivant la direction S que les séparations 25, et présentent le même écartement entre eux que les séparations 25.
Seuls les profils 49 situés sur les deux côtés de la structure entretoise ont une forme différente, qui sera décrite plus loin. Ces profils sont appelés ici profils latéraux 49, les autres profils étant appelés profils centraux 47.
Ainsi, chaque veine de fluide caloporteur circulant à partir du collecteur amont 33 jusqu’au collecteur aval 37 suit un parcours de même longueur. On évite ainsi de créer des zones de circulation préférentielles à l’intérieur de la batterie, le fluide caloporteur étant distribué de manière uniforme entre les différents ensembles 5, et au sein d’un même ensemble 5 entre les différents interstices 19, et dans chaque interstice 19 entre les différents canaux de circulation 27.
Les canaux de distribution 35 sont fermés d’un côté par le fond 21. Ils sont ouverts à l’opposé du fond 21.
Les cellules de stockage d’électricité 7 reposent sur la structure entretoise 45, et plus précisément sur les profils 47, 49. Les arêtes 50 des cellules reposent sur les profils latéraux 49. Les arêtes 50 s’étendent à la jonction entre les faces latérales 17 et la face inférieure 11. Elles sont arrondies, comme visible sur la .
Les canaux de circulation 27 de chaque interstice 19 sont placés chacun en coïncidence avec l’un des canaux de distribution 35 et débouchent dans celui-ci par leurs extrémités inférieures.
Les canaux de distribution 35 sont raccordés par une première extrémité au collecteur amont 33. Ils sont fermés à leurs secondes extrémités. Les première et seconde extrémités sont opposées suivant la direction principale P.
Comme visible sur la , les profils latéraux 49 situés des deux côtés de la structure entretoise 45 présentent, suivant la direction d’élévation E, une hauteur plus grande que les profils centraux 47, situés entre les profils latéraux 49.
Les profils centraux 47 présentent tous la même hauteur.
Par ailleurs, les profils 47, 49 sont en une matière plastique déformable, par exemple du polyuréthane ou possiblement du polypropylène expansé.
Cette matière plastique est assez rigide pour supporter la masse des cellules de stockage d’électricité 7, mais assez souple pour que, lorsque les cellules 7 sont posées sur les profils 47, 49, les profils latéraux 49 épousent la forme des arêtes 50 des cellules. Une étanchéité au fluide caloporteur est ainsi créée le long des arêtes 50.
Les profils 47, 49 sont raccordés les uns aux autres par des barrettes disposées dans les canaux de distribution 35. Ces barrettes ne sont pas représentées.
Avantageusement, la structure entretoise 45 est venue de matière, par exemple venue de moulage ou d’injection.
La batterie de stockage d’électricité 3 comporte encore, pour le ou chaque ensemble 5 de cellules de stockage d’électricité, deux renforts latéraux 51 s’étendant selon la direction principale et délimitant entre eux un compartiment 53. Ledit ensemble 5 est disposé dans le compartiment 53, avec un espace 55 entre l’ensemble 5 et chaque renfort latéral 51.
Sur la , seul l’un des renforts 51 a été représenté.
La batterie 3 comporte en outre, pour le ou chaque ensemble 5, deux renforts d’extrémité 57, visibles sur la , délimitant le compartiment 53 à ses deux extrémités. Les renforts 57 sont placés aux deux extrémités du compartiment 53 selon la direction principale P.
Les renforts latéraux 51 sont parallèles l’un à l’autre et sont perpendiculaires à la direction secondaire S. Les renforts d’extrémité 57 sont parallèles l’un à l’autre et perpendiculaires à la direction principale P.
Les renforts latéraux 51 sont rigidement fixés au fond 21.
De même, les renforts d’extrémité 57 sont rigidement fixés au fond 21, et sont de préférence rigidement fixés aux renforts latéraux 51.
Les renforts latéraux 51 sont des plaques métalliques, comportant de préférence des orifices 58. Ils s’étendent sur toute la longueur de l’ensemble 5 et se prolongent légèrement au-delà de celui-ci.
De même, les renforts d’extrémité 57 sont des plaques métalliques, s’étendant sur toute la largeur de l’ensemble 5 et se prolongeant légèrement au-delà de celui-ci.
Des orifices non représentés sont ménagés le long du bord inférieur de l’une des parois d’extrémité 57, de manière à permettre la communication entre les canaux de distribution 35 et le collecteur amont 33.
Comme visible sur la , les espaces 35 sont fermés vers le bas, c’est-à-dire vers le fond 21, par les profils latéraux 49. Ces profils latéraux 49 sont en appui d’un côté contre les renforts latéraux 51, et de l’autre côté contre l’arête 50 de chaque cellule 53.
Par ailleurs, comme visible sur la , une séparation 25 est placée des deux côtés de l’interstice 19, le long de l’arête raccordant chaque face latérale 17 à la grande face 9. Ces séparations 25 isolent l’interstice 19 de l’espace 55.
Avantageusement, et comme visible sur la , une résine adhésive 56 remplit chaque espace 55, et solidarise de manière adhésive les cellules de stockage d’électricité 7 à chaque renfort latéral 51.
En effet, chaque espace 55 s’étend de manière continue sur toute la longueur du compartiment 53, cette longueur étant prise suivant la direction principale.
La résine adhésive 56 solidarise donc les faces latérales 17 de chaque cellule de stockage d’électricité 7 aux renforts latéraux 51 situés en vis-à-vis, de manière adhésive.
Cette résine adhésive est avantageusement un polymère élastique, typiquement du polyuréthane.
Elle est typiquement coulée dans chaque espace 55. Une fois polymérisée, elle est assez résistante pour maintenir les cellules de stockage d’électricité 7 en place.
Elle permet une adhésion entre 2 et 25 MPa, de préférence entre 3 et 10 MPa et encore plus préférentiellement environ 5 MPa.
La résine adhésive élastique 56 remplit entièrement chaque espace 55.
La résine adhésive 56 permet ainsi de rendre la batterie globalement plus rigide et d’assurer un maintien suffisant des cellules de stockage d’électricité 7, quelles que soient les situations de vie du véhicule, et ce dans toutes les directions, que ce soit suivant la direction d’élévation E, la direction principale P, ou la direction secondaire S.
Comme visible sur les figures 2 à 5, les renforts latéraux 51 sont typiquement communs à deux compartiments 53 disposés côte à côte. En d’autres termes, un renfort latéral 51 donné délimite deux compartiments 53, disposés des deux côtés opposés de ce renfort.
Dans ce cas, une couche de résine adhésive 56 est disposée entre le renfort latéral 51 et l’ensemble 5 disposé dans le premier compartiment 53, et une autre couche de résine adhésive 56 est disposée entre le renfort latéral 51 et l’ensemble 5 disposé dans l’autre compartiment 53. Les couches de résine adhésive 56 disposées de part et d’autre du renfort latéral 51 se rejoignent à travers les orifices 58 ménagés dans le renfort 51, ce qui contribue à renforcer la rigidité de la batterie.
Comme visible sur la , un fil 59 est avantageusement disposé dans chaque espace 55.
Le fil 59 comprend une portion principale 60 qui s’étend sur toute la longueur de l’espace 55 selon la direction principale P, et passe à proximité du fond 21.
Par exemple, la portion principale 60 s’étend le long et à proximité immédiate du profil latéral 49 fermant l’espace 55 vers le fond 21.
La portion principale 60 se prolonge par une portion terminale 61 se terminant par un organe de préhension 63.
La portion terminale 61 est orientée suivant la direction d’élévation E et est située à une extrémité du compartiment 53.
L’extrémité de préhension 63 est par exemple une bouclette formée à l’extrémité de la portion terminale 61. Cette bouclette fait saillie au-dessus de la résine adhésive 56.
Un utilisateur peut ainsi saisir l’organe de préhension 63 et tirer le fil 59 vers le haut, c’est-à-dire en l’écartant du fond 21. Ceci permet de cisailler la résine adhésive 56 sur toute la longueur de l’espace 55, et de désolidariser les cellules de stockage d’électricité 7 du renfort latéral 51.
Selon une variante avantageuse, chaque fil 59 est en un métal résistif conduisant l’électricité. Il comprend en outre une connexion 64 agencée pour sélectivement raccorder électriquement le fil 59 à une source de courant électrique.
La source de courant est la batterie elle-même ou est externe à la batterie.
Il est ainsi possible de diminuer l’effort de tirage en utilisant un fil résistif au travers duquel on fera passer un courant électrique, le passage du courant électrique chauffera le fil, qui dégradera la résine adhésive qui est à son contact.
De préférence, d’autres espaces sont ménagés entre les renforts d’extrémité 57 et les cellules 7 situées aux extrémités de l’alignement de cellules. Ces espaces d’extrémité sont eux aussi remplis de résine adhésive, de telle sorte que les cellules d’extrémité de l’alignement sont solidarisées aux renforts d’extrémité 57.
Des fils du même type que les fils 59 sont avantageusement placés dans ces espaces d’extrémité pour permettre de cisailler l’adhésif et de désolidariser les cellules d’extrémité des renforts d’extrémité 57.
Typiquement, les fils 59 sont placés dans les espaces 55 avant que la résine adhésive 56 soit coulée.
Il est important de souligner que la résine adhésive est coulée après que l’ensemble 5 de cellules de stockage d’électricité ait été mis en place dans le compartiment 53. Ceci permet de compenser facilement les variations dimensionnelles des cellules. C’est l’épaisseur de la résine adhésive qui varie. Ce procédé permet également de diminuer les exigences applicables au positionnement et à l’assemblage des renforts 51 et 57.
En variante, il est possible de surmouler l’adhésif sur les renforts 51 et sur les renforts d’extrémité 57, avant de positionner l’ensemble 5 de cellules de stockage d’électricité dans la cavité. Dans ce cas, l’épaisseur de la couche d’adhésif doit être contrôlée très précisément, et la couche d’adhésif doit être suffisamment compressible pour compenser les variations dimensionnelles des cellules. Ce surmoulage doit avoir lieu une fois que la structure entretoise est en place.
La circulation du fluide caloporteur dans la batterie va maintenant être décrite.
Le fluide caloporteur circule d’abord dans le collecteur amont 33.
Typiquement, le collecteur amont 33 est alimenté par l’entrée de fluide caloporteur 41.
A partir du collecteur amont 33, le fluide caloporteur s’écoule dans les canaux de distribution 35 desservant chaque ensemble 5 de cellules de stockage d’électricité.
Il s’écoule sous les cellules 7 de cet ensemble, le long de chaque canal de distribution 35. A partir de chaque canal de distribution 35, il est distribué dans un canal de circulation 27 de chaque interstice 19.
Du fait que chaque canal de distribution 35 est fermé à son extrémité opposée au collecteur amont 33, le fluide est forcé de se répartir entièrement dans les canaux de circulation 27 desservis par le canal de distribution.
Le fluide caloporteur, dans le canal de circulation 27, circule en contact avec les grandes faces 9 délimitant l’interstice 19.
A l’extrémité du canal de circulation 27, le fluide est collecté par le sous-collecteur 39, et est canalisé par ce sous-collecteur 39 jusqu’au collecteur aval 37.
Typiquement, le collecteur aval 37 canalise le fluide caloporteur jusqu’à l’orifice de sortie 43.
Une variante de réalisation de l’invention va maintenant être décrite, en référence à la . Seuls les points par lesquels cette variante diffère de celle des figures 1 à 6 seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant les mêmes fonctions seront désignés par les mêmes références pour les deux variantes.
Dans la variante de réalisation de la , la batterie de stockage d’électricité 3 comprend, dans chaque interstice 19, une cloison 65 parallèle aux deux grandes faces 9 délimitant ledit interstice 19.
Les séparations 25, dans ce cas, comprennent chacune deux bandes de matière plastique 67, placées de part et d’autre de la cloison 65 et en appui sur les deux grandes faces 9 encadrant l’interstice 19.
En d’autres termes, la cloison 65 divise chaque séparation 25 en deux parties, correspondant aux deux bandes 67. Chaque bande 67 est en appui d’un côté sur la cloison 65 et de l’autre côté sur une des deux grandes faces 9.
Typiquement, les bandes 67 sont solidaires de la cloison 65 et sont simplement en appui sur les grandes faces 9.
La cloison 65 divise l’interstice 19 en deux parties égales. Elle présente sensiblement la même taille que les grandes faces 9 et est placée en vis-à-vis de celles-ci. Elle est disposée perpendiculairement à la direction principale P.
La cloison 65 est avantageusement une tôle métallique, typiquement en un acier.
La cloison 65 présente une épaisseur, comprise entre 0,5 mm et 1 mm, de préférence comprise entre 0,075 mm et 0,3 mm, et valant typiquement 0,1 mm.
Les canaux de circulation 27 sont eux aussi divisés par la cloison 65 en deux sous-canaux 69. L’un des deux sous-canaux 69 est délimité d’un côté par la cloison 65 et de l’autre côté par l’une des grandes faces 9. L’autre sous-canal 69 est délimité entre la cloison 65 et l’autre grande face 9.
La section de passage totale des deux sous-canaux 69 est égale à la section de passage offerte au fluide caloporteur dans le premier mode de réalisation.
La cloison 65 joue avantageusement le rôle de pare-feu.
En effet, si l’une des cellules de stockage d’électricité 7 commence à brûler, il y a un risque que le feu se propage vers les cellules voisines. Le fluide caloporteur circulant dans les canaux de circulation contribue à allonger la durée avant que le feu ne se propage aux cellules voisines. En effet, le feu avant de se propager doit d’abord chauffer et détruire le fluide.
Par ailleurs, la distance, c’est-à-dire l’écartement, entre les cellules permet d’augmenter le temps nécessaire pour la propagation de l’incendie.
Le fait d’ajouter une cloison, et typiquement une cloison en acier, contribue encore à retarder la propagation. La cloison forme un écran empêchant la chaleur de se diffuser.
Avantageusement, la cloison 65 est revêtue d’un agent ignifugeant ou retardant.
La tôle 65 portant les bandes 67 peut être obtenue de différentes façons.
Selon une première possibilité, le matériau destiné à constituer les bandes est déposé directement sur une tôle continue. La tôle continue est ensuite découpée aux dimensions de la cloison 65.
Selon une seconde possibilité, les bandes 67 sont rigidement fixées aux grandes faces 9, les cloisons 65 nues étant ensuite montées entre les cellules 7, dans chaque interstice 19.
Selon une troisième possibilité, les bandes 67 sont préformées. Elles sont ensuite fixées par tous moyens adaptés, par exemple par collage, sur une tôle continue. La tôle continue est ensuite découpée aux dimensions de la cloison 65.
Une troisième variante de réalisation va maintenant être décrite, en référence à la . Seuls les points par lesquels cette troisième variante de réalisation diffère de la première seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant la même fonction seront désignés par les mêmes références dans les deux variantes de réalisation.
Dans la variante de réalisation de la , dans chaque interstice 19, les séparations 25 sont des reliefs ménagés dans au moins une des grandes faces 9 délimitant l’interstice 19.
Autrement dit, au moins l’une des grandes faces 19 est déformée de manière à former des nervures en saillie constituant les séparations 25, les portions en creux entre les nervures constituant les canaux de circulation 27.
Sur la , seule l’une des grandes faces 9 porte des nervures en saillie. En variante, les deux grandes faces 9 portent des nervures en saillie en vis-à-vis l’une de l’autre. Les séparations 25 sont constituées par les nervures en saillie des deux grandes faces, situées en vis-à-vis. Les canaux de circulation 27 sont constitués ensemble par les creux des deux grandes faces, entre les nervures en saillie.
Une quatrième variante de réalisation va maintenant être décrite, en référence à la . Seuls les points par lesquels cette quatrième variante de réalisation diffère de la première seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant la même fonction seront désignés par les mêmes références dans les deux variantes de réalisation.
Dans la quatrième variante de réalisation, la batterie ne comporte pas de fil agencé dans l’espace 55. En revanche, une lamelle 71 d’un matériau de très faible densité est intégrée dans la résine adhésive 56, dans chaque espace 55.
Le matériau de très faible densité est typiquement une mousse, par exemple une mousse de polyuréthane.
Le matériau de très faible densité présente avantageusement une densité inférieure à celle de la résine adhésive, de préférence inférieure à 40 kg / m3.
La lamelle 71 s’étend sur toute la hauteur de l’espace 55, selon la direction d’élévation.
Elle présente par exemple une largeur d’environ 20 mm selon la direction principale.
Elle présente par exemple une épaisseur de 1 à 2 mm selon la direction secondaire.
Une telle lamelle est également intégrée dans la couche de résine adhésive entre chaque cellule d’extrémité et le renfort 57 correspondant.
Cette lamelle est prévue pour permettre l’insertion d’une lame ou d’une scie adaptée pour couper la résine adhésive élastique.
La batterie de stockage d’électricité présente de multiples avantages.
Le fait que, dans un même interstice, les séparations s’étendent toutes suivant une même direction secondaire perpendiculaire à la direction principale, permet d’organiser une circulation du fluide caloporteur assurant un refroidissement efficace des grandes faces, sans contre-pression excessive.
Le fait que chaque interstice présente un nombre de canaux de circulation égal au nombre de canaux de distribution permet d’organiser une distribution efficace et homogène du fluide caloporteur dans les canaux de distribution, sans concentration du débit dans certaines zones.
Réaliser les séparations sous la forme de bandes de matière plastique en appui sur les deux grandes faces délimitant l’interstice est particulièrement simple et commode.
Placer dans chaque interstice une cloison parallèle aux deux grandes faces délimitant ledit interstice permet d’augmenter la sécurité vis-à-vis du risque d’incendie, comme expliqué plus haut.
Réaliser les séparations sous la forme de reliefs ménagés dans au moins une des grandes faces délimitant l’interstice permet de faciliter l’assemblage des ensembles de cellules de stockage d’électricité.
Utiliser une structure entretoise posée sur le fond, la structure entretoise comprenant une pluralité de profils s’étendant suivant la direction principale, permet de réaliser de manière commode et peu coûteuse les canaux de distribution.
La résine adhésive solidarisant les cellules de stockage d’électricité aux renforts permet de renforcer la structure de la batterie.
Prévoir un fil disposé dans chaque espace rempli de résine adhésive permet de désolidariser les cellules des renforts de manière commode, et ainsi de remplacer les cellules.
La batterie de stockage d’électricité présente de multiples variantes.
Elle a été décrite dans les exemples ci-dessus comme comportant une pluralité d’ensembles de cellules de stockage d’électricité. En variante, elle n’en comporte qu’un seul.
Les canaux de distribution pourraient ne pas être réalisés sous la forme d’une entretoise, mais être ménagés directement dans le fond.
La batterie pourrait ne pas comporter de résine adhésive, ou la résine adhésive pourrait être remplacée par une matière élastique non adhésive.

Claims (10)

  1. Batterie de stockage d’électricité, la batterie (3) comprenant :
    - au moins un ensemble (5) de cellules de stockage d’électricité (7) ayant chacune deux grandes faces (9) perpendiculaires à une direction principale (P) et une face inférieure (11) raccordant les deux grandes faces (9) l’une à l’autre, les cellules de stockage d’électricité (7) étant alignées suivant la direction principale (P) et formant un alignement, deux cellules de stockage d’électricité (7) voisines dans l’alignement ayant des grandes faces (9) en vis-à-vis séparées l’une de l’autre par un interstice (19) ;
    - dans chaque interstice (19), une pluralité de séparations (25) délimitant entre elles une pluralité de canaux de circulation (27) d’un fluide caloporteur en contact avec les grandes faces (9) délimitant l’interstice (19) ;
    - un fond (21) s’étendant sous les cellules de stockage d’électricité (7), en vis-à-vis des faces inférieures (11) des cellules de stockage d’électricité (7) ;
    - un circuit (31) de refroidissement des cellules de stockage d’électricité (7), comprenant un collecteur amont (33) et une pluralité canaux de distribution (35) raccordés fluidiquement au collecteur amont (33), les canaux de distribution (35) s’étendant selon la direction principale (P) et étant ménagés entre le fond (21) et les faces inférieurs (11) des cellules de stockage d’électricité (7), les canaux de distribution (35) distribuant le fluide caloporteur dans les canaux de circulation (27) de tous les interstices (19).
  2. Batterie de stockage d’électricité selon la revendication 1, dans laquelle, dans chaque interstice (19), les séparations (25) sont des bandes de matière plastique en appui sur les deux grandes faces (9) délimitant l’interstice (19).
  3. Batterie de stockage d’électricité selon la revendication 1, dans laquelle la batterie (3) comprend, dans chaque interstice (19), une cloison (65) parallèle aux deux grandes faces (9) délimitant ledit interstice (19), les séparations (25) comprenant chacune au moins une bande (67) de matière plastique placée d’un côté de la cloison (65), de préférence deux bandes (67) de matière plastique placées de part et d’autre de la cloison (65), et en appui sur les deux grandes faces (9).
  4. Batterie de stockage d’électricité selon la revendication 1, dans laquelle dans chaque interstice (19) les séparations (25) sont des reliefs ménagés dans au moins une des grandes faces (9) délimitant l’interstice (19).
  5. Batterie de stockage d’électricité selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la batterie (3) comporte une structure entretoise (45) posée sur le fond (21), la structure entretoise (45) comprenant une pluralité de profils (47, 49) s’étendant suivant la direction principale (P), les profils (47, 49) délimitant entre eux les canaux de distribution (35).
  6. Batterie de stockage d’électricité selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la batterie (3) comporte pour chaque ensemble (5) de cellules de stockage d’électricité (7) deux renforts latéraux (51) s’étendant selon la direction principale (P) et délimitant entre eux un compartiment (53), ledit ensemble (5) de cellules de stockage d’électricité (7) étant disposé dans le compartiment (53) avec un espace (55) entre l’ensemble (5) de cellules de stockage d’électricité (7) et chaque renfort latéral (51), une résine adhésive (56) remplissant l’espace (55) et solidarisant de manière adhésive les cellules de stockage d’électricité (7) aux renforts latéraux (51).
  7. Batterie de stockage d’électricité selon la revendication 6, dans laquelle un fil (59) est disposé dans chaque espace (55), le fil (59) s’étendant sur toute la longueur dudit espace (55) selon la direction principale (P) et à proximité du fond (21).
  8. Batterie de stockage d’électricité selon la revendication 7, dans laquelle le ou chaque fil (59) est en un métal résistif conduisant l’électricité et comprend une connexion (64) agencée pour sélectivement raccorder électriquement le fil (59) à une source de courant électrique.
  9. Batterie de stockage d’électricité selon la revendication 6, dans laquelle une lamelle (71) d’un matériau de très faible densité est intégrée dans la résine adhésive, (56) dans le ou chaque espace (55).
  10. Véhicule comprenant une batterie de stockage d’électricité (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.
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