FR3121785A1 - BATTERY MODULE EQUIPPED WITH A TEMPERATURE SENSOR - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un module (1) de batterie comprenant deux cellules (1a, 1b) électrochimiques adjacentes comportant chacune une paroi (4a, 4b) en regard et un capteur (2) de température, caractérisé en ce que le capteur (2) de température est disposé entre les parois (4a, 4b) des cellules (1a, 1b) électrochimiques. Figure 1The present invention relates to a battery module (1) comprising two adjacent electrochemical cells (1a, 1b) each comprising a facing wall (4a, 4b) and a temperature sensor (2), characterized in that the sensor (2) temperature is arranged between the walls (4a, 4b) of the electrochemical cells (1a, 1b). Figure 1
Description
La présente invention concerne le domaine des batteries. Plus particulièrement, l’invention a pour objet un module de batterie équipé d’un capteur de température.The present invention relates to the field of batteries. More particularly, the subject of the invention is a battery module equipped with a temperature sensor.
Les batteries de traction de des véhicules électriques ont besoin d’être contrôlées. Ce contrôle porte notamment sur la température interne. C'est notamment le cas, bien que non limitativement, des batteries à cellules électrochimiques, comme par exemple celles de type lithium-ion (ou Li-ion).The traction batteries of electric vehicles need to be checked. This control relates in particular to the internal temperature. This is particularly the case, although not limiting, of batteries with electrochemical cells, such as for example those of the lithium-ion (or Li-ion) type.
Une solution existante, connue par exemple du document EP2649701B1, pour mesurer la température de la batterie consiste à disposer un ou plusieurs capteurs de température sur un module de batterie. Ce capteur thermique peut être un thermocouple. Ces capteurs thermiques se situent au-dessus du module. Les températures sont mesurées donc au niveau du module au lieu des cellules. A cause de la résistance thermique de la batterie, les températures mesurées sont beaucoup plus basses que la température intérieure des cellules.An existing solution, known for example from document EP2649701B1, for measuring the temperature of the battery consists of placing one or more temperature sensors on a battery module. This thermal sensor can be a thermocouple. These thermal sensors are located above the module. The temperatures are therefore measured at the module level instead of the cells. Due to the thermal resistance of the battery, the measured temperatures are much lower than the internal temperature of the cells.
Par exemple, en hiver, au cours d’une charge ou d’une décharge de la batterie, la température à l’intérieur de la batterie est plus haute que celle mesurée sur le module et la température mesurée impose une limitation du courant plus forte que nécessaire. Dans un cas opposé en été, la température à l’intérieur de la batterie est plus haute que celle mesurée, et il faut imposer une limitation plus forte pour protéger la batterie.For example, in winter, during battery charging or discharging, the temperature inside the battery is higher than that measured on the module and the measured temperature imposes a higher current limitation than necessary. In an opposite case in summer, the temperature inside the battery is higher than that measured, and a stronger limitation must be imposed to protect the battery.
On comprendra par batterie, dans tout le texte de ce document, un ensemble comprenant au moins un module de batterie contenant lui-même au moins une cellule électrochimique. Quand il y a plusieurs modules, ils sont généralement regroupés dans un bac ou carter et forment alors un bloc batteries, Par ailleurs, on comprendra par cellule électrochimique dans tout le texte de ce document, une cellule générant du courant électrique par réaction chimique, par exemple de type lithium-ion (ou Li-ion), de type Ni-Mh, ou Ni-Cd ou plomb.The term battery will be understood throughout the text of this document to mean an assembly comprising at least one battery module itself containing at least one electrochemical cell. When there are several modules, they are generally grouped together in a tray or casing and then form a battery block. example of the lithium-ion (or Li-ion) type, of the Ni-Mh, or Ni-Cd or lead type.
A la suite de l’écart entre la température mesurée et la température maximale dans la batterie, il n’est pas possible de définir de manière précise la stratégie de protection pour la batterie, c’est-à-dire la loi pour la réduction de puissance en fonction de la température batterie. Dans le cas où cette limitation est trop élevée, on ne peut pas exploiter la puissance maximale de la batterie. Dans le cas où cette limitation n’est pas assez élevée, la durée de vie de la batterie est pénalisée.Due to the difference between the measured temperature and the maximum temperature in the battery, it is not possible to precisely define the protection strategy for the battery, i.e. the law for the reduction of power depending on the battery temperature. If this limitation is too high, the maximum power of the battery cannot be used. If this limitation is not high enough, the battery life is penalized.
L’invention vise à résoudre cette problématique. Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l’invention un module de batterie comprenant deux cellules électrochimiques adjacentes comportant chacune une paroi en regard et un capteur de température, dans lequel le capteur de température est disposé entre les parois des cellules électrochimiques.The invention aims to solve this problem. To achieve this objective, a battery module is provided according to the invention comprising two adjacent electrochemical cells each comprising a facing wall and a temperature sensor, in which the temperature sensor is arranged between the walls of the electrochemical cells.
L’effet technique est permettre la mesure d’une température qui est beaucoup plus proche de la température réelle à l’intérieur des cellules électrochimiques.The technical effect is to allow the measurement of a temperature which is much closer to the actual temperature inside the electrochemical cells.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons :Various additional features may be provided, alone or in combination:
Selon une réalisation, le module de batterie comprend une tranche d’isolation thermique prise en sandwich entre les parois en regard des deux cellules électrochimiques, le capteur de température étant disposé entre une des parois et la tranche d’isolation thermique.According to one embodiment, the battery module comprises a thermal insulation slice sandwiched between the facing walls of the two electrochemical cells, the temperature sensor being placed between one of the walls and the thermal insulation slice.
Selon une réalisation, chaque paroi est recouverte d’une couche externe d’isolation électrique, le capteur de température étant disposé entre la couche externe d’isolation électrique de cette une des parois et la tranche d’isolation thermique.According to one embodiment, each wall is covered with an outer layer of electrical insulation, the temperature sensor being placed between the outer layer of electrical insulation of this one of the walls and the slice of thermal insulation.
Selon une réalisation, la couche externe d’isolation électrique et/ou la tranche d’isolation thermique est en plastique PET.According to one embodiment, the external electrical insulation layer and/or the thermal insulation slice is made of PET plastic.
Selon une réalisation, le capteur de température comprend un thermocouple comme élément sensible.According to one embodiment, the temperature sensor comprises a thermocouple as sensitive element.
Selon une autre réalisation, le capteur de température comprend un film comme élément sensible.According to another embodiment, the temperature sensor comprises a film as sensitive element.
Selon une autre réalisation, le capteur de température comprend comme élément sensible un revêtement déposé sur la couche externe d’isolation électrique.According to another embodiment, the temperature sensor comprises as sensitive element a coating deposited on the outer layer of electrical insulation.
L’invention a aussi pour objet une batterie caractérisée en ce qu’elle comprend un module de batterie selon l’une des variantes précédemment décrites.The invention also relates to a battery characterized in that it comprises a battery module according to one of the previously described variants.
L’invention a aussi pour objet un véhicule automobile comprenant un moteur électrique de traction comprenant une telle batterie pour l’alimentation du moteur électrique de traction.The invention also relates to a motor vehicle comprising an electric traction motor comprising such a battery for supplying the electric traction motor.
D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence aux figures dans lesquelles :Other features and advantages will appear on reading the description below of a particular, non-limiting embodiment of the invention, made with reference to the figures in which:
La mesure de la température interne de la batterie est critique dans la construction du module de batterie. La température interne de la batterie offre une base pour la limitation de la puissance de la batterie, ce qui sert à garantir la durée de vie de la batterie à un côté, et à l’autre côté à maximiser l’utilisation de la performance électrique de la batterie.Measurement of the internal battery temperature is critical in the construction of the battery module. The internal temperature of the battery provides a basis for the limitation of the battery power, which serves to guarantee the life of the battery at one side, and at the other side to maximize the use of electrical performance drums.
La
Conformément à l’invention, un capteur 2 de température est disposé entre les parois 4a, 4b des cellules électrochimiques 1a, 1b. Autrement dit le capteur est pris en sandwich entre les parois 4a, 4b des cellules électrochimiques 1a, 1b. Le capteur 2 de température est relié à une unité électronique de mesure, non représentée.In accordance with the invention, a temperature sensor 2 is arranged between the walls 4a, 4b of the electrochemical cells 1a, 1b. In other words, the sensor is sandwiched between the walls 4a, 4b of the electrochemical cells 1a, 1b. The temperature sensor 2 is connected to an electronic measurement unit, not shown.
Chaque cellule 1a et 1b est recouverte d’une couche externe 3a, 3b d’isolation électrique. Chaque paroi 4a, 4b est donc recouvertes de cette couche 3a, 3b d’isolation électrique. Cette couche 3a, 3b d’isolation électrique est mince, de l’ordre de 0,1 mm. Cette couche d’isolation électrique peut être en plastique PET (polytéréphtalate d'éthylène).Each cell 1a and 1b is covered with an outer layer 3a, 3b of electrical insulation. Each wall 4a, 4b is therefore covered with this layer 3a, 3b of electrical insulation. This layer 3a, 3b of electrical insulation is thin, of the order of 0.1 mm. This electrical insulation layer can be made of PET (polyethylene terephthalate) plastic.
Le module 1 de batterie comprend encore une tranche 5 d’isolant thermique prise en sandwich entre les parois 4a et 4b des cellules de batteries 1a, 1b. Cette tranche 5 d’isolant thermique sert à la prévention de l’emballement thermique du module 1 de batterie. Cette tranche 5 d’isolant thermique est plus épaisse que la couche d’isolation électrique, par exemple d’environ 1,5 mm. Cette tranche 5 d’isolant thermique peut être en plastique, également en PET (Polytéréphtalate d'éthylène).The battery module 1 further comprises a slice 5 of thermal insulation sandwiched between the walls 4a and 4b of the battery cells 1a, 1b. This slice 5 of thermal insulation serves to prevent thermal runaway of the battery module 1. This slice 5 of thermal insulation is thicker than the electrical insulation layer, for example by about 1.5 mm. This slice 5 of thermal insulation can be made of plastic, also of PET (Polyethylene terephthalate).
Dans ce mode de réalisation, le capteur 2 de température est disposé entre la tranche 5 d’isolant thermique et la couche 3a d’isolation électrique d’une des deux cellules électrochimiques.In this embodiment, the temperature sensor 2 is arranged between the slice 5 of thermal insulation and the layer 3a of electrical insulation of one of the two electrochemical cells.
Selon un mode de réalisation, le capteur 2 de température peut être un capteur de température dont l’élément sensible est un thermocouple fin, placé entre la tranche 5 d’isolant thermique et la couche 3a d’isolation électrique. Ce mode de réalisation présente comme avantage le coût faible du thermocouple et une facilité de leur approvisionnement, mais demande une modification de la forme de la couche d’isolation électrique 3a et/ou de la tranche 5 d’isolant thermique pour permettre l’insertion de l’élément sensible, et l’addition de cette étape de modification dans le processus de fabrication.According to one embodiment, the temperature sensor 2 can be a temperature sensor whose sensitive element is a fine thermocouple, placed between the slice 5 of thermal insulation and the layer 3a of electrical insulation. This embodiment has the advantage of the low cost of the thermocouple and ease of supplying them, but requires a modification of the shape of the electrical insulation layer 3a and/or of the slice 5 of thermal insulation to allow the insertion of the sensitive element, and the addition of this modification step in the manufacturing process.
Selon un autre mode de réalisation, le capteur 2 de température peut être un capteur de température dont l’élément sensible est un film mince, le film étant disposé entre la tranche 5 d’isolant thermique et la couche 3a d’isolation électrique. Ce mode de réalisation présente également comme avantage le coût faible du capteur et une facilité d’approvisionnement, mais également comme inconvénient demander une modification de la forme de la couche d’isolation électrique 3a et/ou de la tranche 5 d’isolant thermique pour permettre l’insertion de l’élément sensible, avec un éventuel élargissement de la distance entre cellules et l’addition de cette étape de modification dans le processus de fabrication.According to another embodiment, the temperature sensor 2 can be a temperature sensor, the sensitive element of which is a thin film, the film being placed between the slice 5 of thermal insulation and the layer 3a of electrical insulation. This embodiment also has the advantage of the low cost of the sensor and ease of supply, but also the disadvantage of requiring a modification of the shape of the electrical insulation layer 3a and/or of the slice 5 of thermal insulation to allow the insertion of the sensitive element, with a possible enlargement of the distance between cells and the addition of this modification step in the manufacturing process.
Selon un autre mode de réalisation, le capteur 2 de température peut être un capteur de température dont l’élément sensible est déposé en revêtement, par exemple par technologie de dépôt en phase vapeur, PVD (pour « Physical Vapor Deposition » en anglais) sur la couche 3a d’isolation électrique ou la tranche 5 d’isolation thermique. Ce mode de réalisation ne nécessite pas la modification de la forme de la couche d’isolation électrique 3a et/ou de la tranche 5 d’isolant thermique pour permettre l’insertion de l’élément sensible parce que le revêtement obtenu par PVD a classiquement une épaisseur de quelques microns, ce qui est inférieur à la tolérance de la planéité (de quelques dizaines de microns) de la surface des cellules. Le revêtement PVD se fait ultérieurement sur la couche 3a d’isolation électrique ou la tranche 5 d’isolation thermique avant l’assemblage des cellules. Les inconvénients sont le prix plus élevé du capteur et son approvisionnement industriel.According to another embodiment, the temperature sensor 2 can be a temperature sensor whose sensitive element is deposited as a coating, for example by vapor phase deposition technology, PVD (for "Physical Vapor Deposition" in English) on the layer 3a of electrical insulation or the slice 5 of thermal insulation. This embodiment does not require modification of the shape of the electrical insulation layer 3a and/or of the slice 5 of thermal insulation to allow the insertion of the sensitive element because the coating obtained by PVD has conventionally a thickness of a few microns, which is less than the flatness tolerance (a few tens of microns) of the surface of the cells. The PVD coating is done later on the electrical insulation layer 3a or the thermal insulation slice 5 before the assembly of the cells. The disadvantages are the higher price of the sensor and its industrial supply.
Un tel module 1 de batterie peut former une partie d’une batterie de traction équipant un véhicule automobile comprenant un moteur électrique de traction. Ce véhicule peut être par exemple un véhicule électrique ou un véhicule hybride thermique électrique.Such a battery module 1 can form part of a traction battery fitted to a motor vehicle comprising an electric traction motor. This vehicle can for example be an electric vehicle or an electric thermal hybrid vehicle.
L’invention permet une mesure de la température à l’intérieur du module de batterie qui est beaucoup plus proche de la température maximale dans l’intérieur des cellules.The invention allows a measurement of the temperature inside the battery module which is much closer to the maximum temperature inside the cells.
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