FR3123506A1 - Module de batterie immerge - Google Patents

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Abstract

Module de batterie de stockage d’énergie électrique comprenant : - au moins deux cellules juxtaposées (1) destinées à être immergées dans un fluide diélectrique, - un cadre (2) enserrant les au moins deux cellules (1), - un fond (3), solidaire du cadre (2), ce fond (3) et ce cadre (2) formant un logement pour les au moins deux cellules (1),ce fond (3) comprenant un ajourage (4) en vis à vis de chaque cellule (1). Figure 1.

Description

MODULE DE BATTERIE IMMERGE
La présente invention concerne un module d’une batterie, et plus particulièrement une batterie d’un véhicule à propulsion électrique alimentant une machine motrice électrique.
On comprendra par batterie, dans tout le texte de ce document, un ensemble comprenant au moins un module de batterie contenant au moins deux cellules électrochimiques. Cette batterie comprend éventuellement des moyens électriques ou électroniques pour la gestion d’énergie électrique de ce au moins un module. Lorsqu’il y a plusieurs modules, ils sont regroupés dans un bac ou carter et forment alors un bloc batteries, ce bloc batteries étant souvent désigné par l’expression anglaise « pack batteries », ce carter contenant généralement une interface de montage, et des bornes de raccordement.
Par ailleurs, on comprendra par cellule de stockage d’énergie électrique, ou cellules électrochimique, dans tout le texte de ce document, des cellules générant du courant par réaction chimique, par exemple de type lithium-ion (ou Li-ion), de type Ni-Mh, ou Ni-Cd ou encore plomb, ou encore des cellules de pile à combustible.
Dans ce domaine, il est connu un système de refroidissement des cellules dit « par immersion », les cellules étant directement immergées dans un fluide diélectrique, ce fluide circulant dans ou au travers du module et en périphérie des cellules. Cette circulation se fait par convection naturelle ou alors, ce système comprend le module, une pompe de circulation, un échangeur, éventuellement un réchauffeur, et un vase d’expansion lorsque ce fluide est par exemple sous forme liquide, ainsi qu’une conduite de circulation du fluide reliant en boucle fermée l’ensemble des éléments précités.
Dans le cas des cellules prismatiques ou sous forme de poche, c’est à dire présentant sensiblement une forme plate, elles sont empilées et serrées à plat les unes sur les autres par un moyen de serrage pour faire bloc et former un module de géométrie fixe, un intercalaire rigide séparant deux cellules juxtaposées de sorte à répartir l’effort de serrage et maintenir la géométrie des cellules et donc du bloc. Un espace de circulation du fluide est préservé entre les cellules, notamment dans l’intercalaire lui-même, pour que ce fluide puisse refroidir ces cellules.
Ce moyen de serrage comprend un cadre entourant et enserrant l’empilage de cellules, et un fond solidarisé à ce cadre. Ainsi, en cas de desserrage partiel des cellules, par exemple si ces cellules se rétractent en cours de transport, manutention, ou d’utilisation, elles seront malgré tout maintenues en place par la présence du fond.
On connait du document de brevet EP-A1-2557612 un tel module de batterie.
Malheureusement ce fond est une gêne pour la circulation du fluide diélectrique dans le module, ce qui pénalise l’efficacité de refroidissement des cellules par ce fluide.
Le but de l’invention est de remédier à ce problème en proposant un module adapté.
A cet effet, l’invention a pour objet un module de batterie de stockage d’énergie électrique comprenant :
- au moins deux cellules juxtaposées destinées à être immergées dans un fluide diélectrique,
- un cadre enserrant les au moins deux cellules,
- un fond, solidaire du cadre, ce fond et ce cadre formant un logement pour les au moins deux cellules,
ce fond comprenant un ajourage en vis à vis de chaque cellule.
Ainsi le fluide diélectrique, en mouvement ou statique, peut échanger de la chaleur avec les cellules au travers de chaque ajourage respectivement par convection ou conduction, ce qui améliore grandement l’efficacité de refroidissement des cellules par rapport à la situation antérieure où la présence du fond empêchait cet échange de chaleur directe entre le fluide et les cellules.
Ces cellules sont par exemple prismatiques ou sous forme de poche, c’est à dire présentant sensiblement une forme plate, elles sont empilées et serrées à plat les unes sur les autres par le cadre.
Selon un mode de réalisation de l’invention, ce fond comprend des protrusions dont au moins une en appui sur chaque cellule.
Ces protrusions permettent d’écarter les parties du fond non ajourées des cellules, libérant un passage supplémentaire entre le fond et les cellules.
Selon un mode de réalisation de l’invention, ces protrusions forment la totalité de l’appui des cellules sur le fond.
Ainsi rien ne vient obstruer ce passage supplémentaire.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le fond est réalisé sous la forme d’une grille.
Selon un mode de réalisation de l’invention, ce module comprend un intercalaire entre chaque cellule. Cette intercalaire permet de répartir l’effort de serrage du cadre sur une grande surface de chaque cellule, et de maintenir la géométrie des cellules lorsqu’elles chauffent et ont tendance à se dilater.
Selon un mode de réalisation de l’invention, cet intercalaire comprend un espace de circulation pour le fluide diélectrique.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le fond est agencé de sorte que cet espace de circulation est en communication fluidique avec les ajourages.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le cadre enserrant les au moins deux cellules et l’intercalaire forme un empilage, et ce cadre comprend une platine de serrage à chacune des deux extrémités de l’empilage, et le fond est solidarisé à chacune de ces deux platines de serrage.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le cadre enserrant les au moins deux cellules et l’intercalaire forme un empilage, et ce cadre comprend deux côtés opposés le long de cet empilage, et le fond est solidarisé à chacun de ces deux côtés.
Ces deux derniers modes de réalisation sont bien entendu combinables.
L’invention a également pour objet une batterie de traction d’un véhicule à propulsion électrique alimentée par la batterie, comprenant un fluide diélectrique et un carter rempli de ce fluide, ce carter logeant un module de batterie immergé dans le fluide, ce module de batterie étant tel que précédemment décrit.
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 :
: divulgue un module selon l’invention, en perspective, vu par le fond.
: divulgue une section longitudinale de l’empilement et donc du module de la , et coupant les protrusions.
Il est à garder à l’esprit que les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l’invention. Elles constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En outre, dans ce qui va suivre, il est fait référence à toutes les figures prises en combinaison. Quand il est fait référence à une ou des figures spécifiques, ces figures sont à prendre en combinaison avec les autres figures pour la reconnaissance des références numériques désignées. Les références des éléments inchangés ou ayant la même fonction sont communes à toutes les figures, et les variantes de réalisation.
Les figures 1 et 2 divulguent un module de batterie de stockage d’énergie électrique comprenant :
- au moins deux cellules juxtaposées 1 destinées à être immergées dans un fluide diélectrique,
- un cadre 2 enserrant les au moins deux cellules 1,
- un fond 3, solidaire du cadre 2, ce fond 3 et ce cadre 2 formant un logement pour les au moins deux cellules 1,
ce que ce fond 3 comprenant un ajourage 4 en vis à vis de chaque cellule 1.
Ce fond 3 est par exemple une tôle en matériau isolant, ou en aluminium, et les ajourages 4 sont des trous traversant l’épaisseur de cette tôle. Ce fond 3 reçoit les cellules 1 qui présentent une base en butée ou en appui sur ce fond 3, en particulier si le serrage du cadre 2 est insuffisant. On notera, pour faire le lien avec ce qui a été présenté comme art antérieur, que ce cadre 2 est le moyen de serrage déjà présenté : par exemple les cellules 1 sont insérées en force dans le cadre 2, mais de multiples possibilités sont envisageables pour réaliser ce serrage, par exemple ce cadre 2 comprend des éléments élastiques contraignant les cellules 1 les unes sur les autres, ou encore le cadre 2, en plusieurs parties, est assemblé par vissage autour de ces cellules 1 formant un empilage, la dernière partie du cadre 2 vissée réalisant le serrage des cellules 1 entre-elles.
Ce fond 3 est par exemple vissé, collé, ou soudé au cadre 2. Il peut également être clipsé au cadre 2, riveté, tout moyen de fixation compatible avec la matière du fond 3 et du cadre 2 est ici envisageable. Le cadre 2 est avantageusement de la même matière que le fond 3 mais pas nécessairement.
Ce cadre 2 comprend avantageusement des ajourages (non représentés) de même nature que ceux du fond 3.
Ce fond 3 comprend des protrusions 5 dont au moins une en appui sur chaque cellule 1. Cette protrusion 5 est par exemple un embouti si le fond 3 est une tôle métallique, comme l’aluminium, ou encore une simple surépaisseur, plusieurs possibilités sont envisageables. Cette protrusion 5 sert de butée de mise en position pour les cellules 1. Avantageusement, ces protrusions 5 sont au nombre de deux par cellule 1. Avantageusement, et comme illustré sur la , cette protrusion 5 est commune à deux cellules 1 juxtaposées.
Ces protrusions 5 permettent d’écarter les parties du fond 3 non ajourées des cellules 1, libérant un passage supplémentaire 10 pour le fluide diélectrique entre le fond 3 et les cellules 1.
Ces protrusions 5 forment la totalité de l’appui des cellules 1 sur le fond 3.
Le fond 3 est par exemple réalisé sous la forme d’une grille, telle qu’illustrée en , et comprend par exemple un premier ensemble de bandes parallèles disjointes superposé orthogonalement à un deuxième ensemble de bandes parallèles disjointes, ces bandes étant fixées entre-elles à chaque croisement. Les ajourages 4 se trouvent alors entre les bandes du premier ensemble et du deuxième ensemble. Les bandes forment alors les parties non ajourées du fond 3.
Ce module comprend par exemple un intercalaire 6 entre chaque cellule 1.
Cet intercalaire 6 comprend un espace 7 de circulation pour le fluide diélectrique. L’intercalaire 6 représenté en coupe dans la est une plaque trouée, mais d’autres réalisations de ces intercalaires 6 sont envisageables, comme par exemple l’intercalaire du document cité en art antérieur, et qui comprend une pluralité de canaux d'évacuation de chaleur.
Le fond 3 est agencé de sorte que cet espace 7 de circulation est en communication fluidique avec les ajourages 4. L’exemple illustré de cette communication est la présence de l’espace supplémentaire 10 qui réalise la jonction entre cet espace 7 de circulation et les ajourages 4, les cellules 1 étant décollées du fond 3 par les protrusions 5.
Le cadre 2 enserrant les au moins deux cellules 1 et l’intercalaire 6 forme un empilage, et ce cadre 2 comprend une platine de serrage 8 à chacune des deux extrémités de l’empilage, et le fond 3 est solidarisé à chacune de ces deux platines de serrage 8.
En variante ou en combinaison, le cadre 2 enserrant les au moins deux cellules 1 et l’intercalaire 6 forme l’empilage, et ce cadre 2 comprend deux côtés opposés 9 le long de cet empilage, et le fond 3 est solidarisé à chacun de ces deux côtés 9.
Une application particulière de cette invention concerne une batterie de traction d’un véhicule à propulsion électrique alimentée par la batterie, comprenant un fluide diélectrique et un carter rempli de ce fluide, ce carter logeant ce module de batterie immergé dans le fluide.

Claims (10)

  1. Module de batterie de stockage d’énergie électrique comprenant :
    - au moins deux cellules juxtaposées (1) destinées à être immergées dans un fluide diélectrique,
    - un cadre (2) enserrant les au moins deux cellules (1),
    - un fond (3), solidaire du cadre (2), ce fond (3) et ce cadre (2) formant un logement pour les au moins deux cellules (1),
    caractérisé en ce que ce fond (3) comprend un ajourage (4) en vis à vis de chaque cellule (1).
  2. Module de batterie selon la revendication 1, ce fond (3) comprenant des protrusions (5) dont au moins une en appui sur chaque cellule (1).
  3. Module de batterie selon la revendication 2, ces protrusions (5) formant la totalité de l’appui des cellules (1) sur le fond (3).
  4. Module de batterie selon l’une des revendications précédentes, le fond (3) étant réalisé sous la forme d’une grille.
  5. Module de batterie selon l’une des revendications précédentes, comprenant un intercalaire (6) entre chaque cellule (1).
  6. Module de batterie selon la revendication 5, cet intercalaire (6) comprenant un espace (7) de circulation pour le fluide diélectrique.
  7. Module de batterie selon la revendication 6, le fond (3) étant agencé de sorte que cet espace (7) de circulation est en communication fluidique avec les ajourages (4).
  8. Module de batterie selon l’une des revendications précédentes, le cadre (2) enserrant les au moins deux cellules (1) et l’intercalaire (6) formant un empilage, ce cadre (2) comprenant une platine de serrage (8) à chacune des deux extrémités de l’empilage, et le fond (3) étant solidarisé à chacune de ces deux platines de serrage (8).
  9. Module de batterie selon l’une des revendications 1à 7, le cadre (2) enserrant les au moins deux cellules (1) et l’intercalaire (6) formant un empilage, ce cadre (2) comprenant deux côtés opposés (9) le long de cet empilage, et le fond (3) étant solidarisé à chacun de ces deux côtés (9).
  10. Batterie de traction d’un véhicule à propulsion électrique alimentée par la batterie, comprenant un fluide diélectrique et un carter rempli de ce fluide, ce carter logeant un module de batterie immergé dans le fluide, ce module de batterie étant agencé conformément à l’une des revendications précédentes.
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