FR3131093A1 - Module pour batterie comprenant un fluide appliquant une pression sur une cellule - Google Patents

Module pour batterie comprenant un fluide appliquant une pression sur une cellule Download PDF

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Abstract

Module pour batterie comprenant un fluide appliquant une pression sur une cellule. L’invention porte sur un module (1) pour une batterie comprenant une enceinte (30), des cellules (8) agencées au sein de l’enceinte (30), un espace (31) ménagé entre la première face principale (8A) d’une cellule (8) et la deuxième face principale (8B) d’une cellule (8) adjacente, le fluide occupant le ou les espaces (31) de sorte à refroidir les premières faces principales (8A) et/ou les deuxièmes faces principales (8B), le module (1) comprenant des parois souples (13) s’étendant chacune en vis-à-vis et au contact de la première face principale (8A) ou de la deuxième face principale (8B) d’une cellule (8) et le débit du fluide étant piloté de sorte à permettre de faire varier une pression du fluide s’appliquant sur les parois souples (13). Figure d’abrégé : fig. 7

Description

Module pour batterie comprenant un fluide appliquant une pression sur une cellule.
Domaine technique de l'invention
L’invention concerne un module pour une batterie. L’invention porte encore sur une batterie comprenant un tel module. L’invention porte encore sur un système comprenant un tel module ou une telle batterie. L’invention porte encore sur un véhicule comprenant un tel système ou une telle batterie ou un tel module. L’invention porte encore sur un procédé de fonctionnement d’un tel système.
Etat de la technique antérieure
Un véhicule électrique ou hybride, par exemple un véhicule automobile, comprend généralement une batterie. Une telle batterie, par exemple de traction et/ou de propulsion, comprend généralement un ou plusieurs modules. De tels modules comprennent chacun au moins une cellule électrochimique de stockage d’énergie électrique, de type lithium-ion par exemple.
Une cellule, en particulier de type Lithium-Ion, d’un module de batterie subit des variations de volume tout au long de sa vie. Plus précisément, lors des cycles de charge / décharge, le volume d’une cellule varie respectivement en se gonflant et en se rétractant. De tels changements de volume sont particulièrement conséquents en cas d’utilisation de certains matériaux dans la cellule, en particulier le silicium. De plus, au fur et à mesure du vieillissement d’une cellule, elle gonfle petit à petit sans se rétracter.
De plus, une cellule subit des variations de température. En effet, au cours de sa charge notamment, une cellule peut chauffer. Cette augmentation de température, en particulier au niveau de ses connexions, est conséquente lors de recharges rapides, généralement obtenue à partir de courants élevés. Ainsi, une telle cellule a besoin d’être refroidie pour maximiser ses performances, en particulier en termes d’autonomie et de temps de recharge.
Ainsi, il est particulièrement complexe de gérer simultanément le conditionnement thermique et les gonflements / dégonflements des cellules d’un module de batterie.
Le document KR10-2256604 décrit un module de batterie visant à la fois le contrôle du gonflement des cellules et leur refroidissement avec une structure compacte. Ce module comprend une pluralité de « tampons » disposés entre les cellules, les tampons étant des poches faites d’un matériau élastique remplies d’un matériau à changement de phase. Les tampons élastiques sont comprimés au gonflement des cellules, le matériau à changement de phase étant capable de contrôler leur température. Le principal inconvénient de cette solution est notamment qu’il s’agit d’un système passif fonctionnant indépendamment de l’état réel des cellules, que ce soit leur état à court terme en matière de charge ou de température, ou encore leur état à long terme en matière d’état de vieillissement ou d’état de santé.
Présentation de l'invention
Le but de l’invention est de fournir un module résolvant les problématiques de gonflement / dégonflement ainsi que de conditionnement thermique des cellules. En outre l’invention propose un système pilotable en fonction de l’état des cellules.
Pour atteindre cet objectif, l’invention porte sur un module pour une batterie, notamment de véhicule, le module comprenant :
- une enceinte,
- des cellules agencées au sein de l’enceinte, chaque cellule comprenant une première face principale et une deuxième face principale,
- un espace ménagé entre la première face principale d’une cellule et la deuxième face principale d’une cellule adjacente et/ou un espace ménagé entre l’une des première et deuxième faces principales d’une cellule et l’enceinte,
- un moyen d’admission d’un fluide et un moyen d’évacuation du fluide, le fluide occupant le ou les espaces de sorte à refroidir les premières faces principales et/ou les deuxièmes faces principales,
le module comprenant des parois souples s’étendant chacune en vis-à-vis et au contact, ou sensiblement au contact, de la première face principale ou de la deuxième face principale d’une cellule et le débit du fluide étant piloté de sorte à permettre de faire varier une pression du fluide s’appliquant sur les parois souples au niveau des premières faces principales et/ou au niveau des deuxièmes faces principales des cellules, afin de suivre une rétractation et/ou un gonflement des cellules au cours des cycles de charge / décharge des cellules et/ou au cours du vieillissement des cellules.
Une paroi souple s’étendant en vis-à-vis d’une première face principale d’une cellule et une paroi souple s’étendant en vis-à-vis d’une deuxième face principale d’une cellule adjacente peuvent être monoblocs et peuvent ne former qu’une seule membrane.
Au moins une paroi souple peut être en polymère, éventuellement recouverte au moins partiellement d’une plaque du côté de son contact avec une cellule, la plaque pouvant être obtenue dans un matériau davantage conducteur de la chaleur que le polymère, notamment un métal,
ou au moins une paroi souple peut comprendre un insert en forme de plaque rectangulaire obtenue dans un matériau davantage conducteur de la chaleur que le polymère, notamment un métal.
Le module peut comprendre un premier moyen de maintien de chaque membrane et un deuxième moyen de maintien de chaque membrane,
de sorte à tendre chaque membrane en vis-à-vis de la première face principale d’une cellule et en vis-à-vis de la deuxième face principale d’une cellule adjacente, ou
de sorte à tendre chaque membrane en vis-à-vis de la première face principale ou de la deuxième face principale d’une cellule et en vis-à-vis de l’enceinte.
Chaque premier moyen de maintien de chaque membrane peut être cylindrique, notamment de type tube, et/ou chaque deuxième moyen de maintien de chaque membrane peut être cylindrique, notamment de type tube, chaque membrane pouvant entourer notamment partiellement le premier moyen de maintien et le deuxième moyen de maintien.
L’enceinte peut comprendre une partie supérieure, notamment une partie supérieure comprenant le moyen d’évacuation du fluide, et une partie inférieure, notamment une partie inférieure comprenant le moyen d’admission du fluide, la partie supérieure et la partie inférieure pouvant être agencées de sorte à transmettre le fluide depuis la partie inférieure vers les espaces puis vers la partie supérieure.
La partie supérieure peut comprendre un premier moyen de positionnement des premiers et deuxièmes moyens de maintien et des membranes et/ou la partie inférieure peut comprendre un deuxième moyen de positionnement des premiers et deuxièmes moyens de maintien et des membranes.
L’invention porte encore sur une batterie comprenant au moins un module tel que défini précédemment.
L’invention porte encore sur un système comprenant un module tel que défini précédemment ou une batterie telle que définie précédemment, le système comprenant :
- une pompe pour le fluide et des moyens de pilotage de paramètres de la pompe, notamment son activation et/ou sa désactivation et/ou son niveau de débit,
- un moyen de détermination de la pression du fluide, notamment au sein de l’enceinte,
- un moyen de mesure de la température au niveau du module et/ou au niveau de l’enceinte et/ou au niveau d’au moins une cellule.
L’invention porte encore sur un véhicule, notamment un véhicule automobile, comprenant un système tel que défini précédemment ou une batterie telle que définie précédemment ou un module tel que défini précédemment.
L’invention porte encore sur un procédé de fonctionnement d’un système tel que défini précédemment, le procédé comprenant une étape d’activation de la pompe de sorte à obtenir un débit de fluide créant une pression s’appliquant sur au moins une paroi souple en vis-à-vis d’une première face principale d’une cellule et/ou sur au moins une paroi souple en vis-à-vis d’une deuxième face principale d’une cellule.
Le procédé peut comprendre :
- une étape de détermination de la pression du fluide par le moyen de détermination de la pression et/ou une étape de mesure d’une température par le moyen de mesure de température,
- une étape de pilotage du débit de la pompe par le moyen de pilotage en fonction de la pression déterminée du fluide et/ou de la température mesurée de sorte à maintenir une pression constante ou sensiblement constante sur au moins une première face principale et/ou sur au moins une deuxième face principale d’une cellule.
Présentation des figures
Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d’un mode de réalisation et d’un mode d’exécution d’un procédé de fonctionnement faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
La est une vue schématique d’un véhicule selon un mode de réalisation.
La est une vue schématique d’un système selon un mode de réalisation.
La est une vue en perspective partielle d’un module de batterie selon un mode de réalisation.
La est une vue de détail partielle du module de batterie selon le mode de réalisation.
La est une vue en perspective de membranes du module de batterie selon le mode de réalisation.
La est une vue en perspective de membranes du module de batterie selon une variante du mode de réalisation.
La est une vue schématique de dessus du module de batterie selon le mode de réalisation.
La est une vue schématique partielle de dessus d’une cellule, d’une membrane et d’un espace selon le mode de réalisation, la cellule n’étant pas gonflée.
La est une vue schématique partielle de dessus d’une cellule, d’une membrane et d’un espace selon le mode de réalisation, la cellule étant gonflée.
La est une vue schématique en coupe partielle d’un module selon le mode de réalisation.

Claims (12)

  1. Module (1) pour une batterie (101), notamment de véhicule (100), le module (1) comprenant :
    - une enceinte (30),
    - des cellules (8) agencées au sein de l’enceinte (30), chaque cellules (8) comprenant une première face principale (8A) et une deuxième face principale (8B),
    - un espace (31) ménagé entre la première face principale (8A) d’une cellule (8) et la deuxième face principale (8B) d’une cellule (8) adjacente et/ou un espace (31) ménagé entre l’une des première et deuxième faces principales (8A ; 8B) d’une cellule (8) et l’enceinte (30),
    - un moyen d’admission (4) d’un fluide (F) et un moyen d’évacuation (5) du fluide (F), le fluide (F) occupant le ou les espaces (31) de sorte à refroidir les premières faces principales (8A) et/ou les deuxièmes faces principales (8B),
    caractérisé en ce que le module (1) comprend des parois souples (13) s’étendant chacune en vis-à-vis et au contact, ou sensiblement au contact, de la première face principale (8A) ou de la deuxième face principale (8B) d’une cellule (8) et en ce que le débit du fluide (F) est piloté de sorte à permettre de faire varier une pression (P) du fluide (F) s’appliquant sur les parois souples (13) au niveau des premières faces principales (8A) et/ou au niveau des deuxièmes faces principales (8B) des cellules (8), afin de suivre une rétractation et/ou un gonflement des cellules (8) au cours des cycles de charge / décharge des cellules (8) et/ou au cours du vieillissement des cellules (8).
  2. Module (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’une paroi souple (13) s’étendant en vis-à-vis d’une première face principale (8A) d’une cellule (8) et une paroi souple (13) s’étendant en vis-à-vis d’une deuxième face principale (8B) d’une cellule (8) adjacente sont monoblocs et ne forment qu’une seule membrane (20).
  3. Module (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins une paroi souple (13) est en polymère, éventuellement recouverte au moins partiellement d’une plaque (16) du côté de son contact avec une cellule (8), la plaque (16) étant obtenue dans un matériau davantage conducteur de la chaleur que le polymère, notamment un métal,
    ou en ce qu’au moins une paroi souple (13) comprend un insert (16’) en forme de plaque rectangulaire obtenue dans un matériau davantage conducteur de la chaleur que le polymère, notamment un métal.
  4. Module (1) selon l’une des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce que le module (1) comprend un premier moyen de maintien (14) de chaque membrane (20) et un deuxième moyen de maintien (15) de chaque membrane (20),
    de sorte à tendre chaque membrane (20) en vis-à-vis de la première face principale (8A) d’une cellule (8) et en vis-à-vis de la deuxième face principale (8B) d’une cellule (8) adjacente, ou
    de sorte à tendre chaque membrane (20) en vis-à-vis de la première face principale (8A) ou de la deuxième face principale (8B) d’une cellule (8) et en vis-à-vis de l’enceinte (30).
  5. Module (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque premier moyen de maintien (14) de chaque membrane (20) est cylindrique, notamment de type tube, et/ou chaque deuxième moyen de maintien (15) de chaque membrane (20) est cylindrique, notamment de type tube, chaque membrane (20) entourant notamment partiellement le premier moyen de maintien (14) et le deuxième moyen de maintien (15).
  6. Module (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’enceinte (30) comprend une partie supérieure (11), notamment une partie supérieure (11) comprenant le moyen d’évacuation (5) du fluide (F), et une partie inférieure (12), notamment une partie inférieure (12) comprenant le moyen d’admission (4) du fluide (F), la partie supérieure (11) et la partie inférieure (12) étant agencées de sorte à transmettre le fluide (F) depuis la partie inférieure (12) vers les espaces (31) puis vers la partie supérieure (11).
  7. Module (1) selon les revendications 4 et 6 ou 5 et 6, caractérisé en ce que la partie supérieure (11) comprend un premier moyen de positionnement des premiers et deuxièmes moyens de maintien (14, 15) et des membranes (20) et/ou en ce que la partie inférieure (12) comprend un deuxième moyen de positionnement (19) des premiers et deuxièmes moyens de maintien (14, 15) et des membranes (20).
  8. Batterie (101), caractérisée en ce qu’elle comprend au moins un module (1) selon l’une des revendications précédentes.
  9. Système (40) comprenant un module (1) selon l’une des revendications 1 à 7 ou une batterie (101) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend :
    - une pompe (102) pour le fluide (F) et des moyens de pilotage (103) de paramètres de la pompe (102), notamment son activation et/ou sa désactivation et/ou son niveau de débit,
    - un moyen de détermination (106) de la pression du fluide (F), notamment au sein de l’enceinte (30),
    - un moyen de mesure (104) de la température au niveau du module (1) et/ou au niveau de l’enceinte (30) et/ou au niveau d’au moins une cellule (8).
  10. Véhicule (100), notamment véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comprend un système (40) selon la revendication précédente ou une batterie (101) selon la revendication 8 ou un module (1) selon l’une des revendications 1 à 7.
  11. Procédé de fonctionnement d’un système (40) selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’il comprend une étape d’activation de la pompe (102) de sorte à obtenir un débit de fluide (F) créant une pression (P) s’appliquant sur au moins une paroi souple (13) en vis-à-vis d’une première face principale (8A) d’une cellule (8) et/ou sur au moins une paroi souple (13) en vis-à-vis d’une deuxième face principale (8B) d’une cellule (8).
  12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu’il comprend :
    - une étape de détermination de la pression (P) du fluide (F) par le moyen de détermination (106) de la pression et/ou une étape de mesure d’une température par le moyen de mesure de température (104),
    - une étape de pilotage du débit de la pompe (102) par le moyen de pilotage (103) en fonction de la pression déterminée du fluide et/ou de la température mesurée de sorte à maintenir une pression (P) constante ou sensiblement constante sur au moins une première face principale (8A) et/ou sur au moins une deuxième face principale (8B) d’une cellule (8).
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