FR3131447A1 - Module d’accumulateur électrochimique à contention par poche de compression - Google Patents
Module d’accumulateur électrochimique à contention par poche de compression Download PDFInfo
- Publication number
- FR3131447A1 FR3131447A1 FR2114571A FR2114571A FR3131447A1 FR 3131447 A1 FR3131447 A1 FR 3131447A1 FR 2114571 A FR2114571 A FR 2114571A FR 2114571 A FR2114571 A FR 2114571A FR 3131447 A1 FR3131447 A1 FR 3131447A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- compression
- module according
- compression pocket
- accumulator
- fluid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000006835 compression Effects 0.000 title claims abstract description 144
- 238000007906 compression Methods 0.000 title claims abstract description 144
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 47
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 claims description 16
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 3
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
- H01M10/0481—Compression means other than compression means for stacks of electrodes and separators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
- H01M10/6557—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange arranged between the cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
- H01M50/103—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
- H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
- H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
Abstract
Module d’accumulateur électrochimique prismatique (1) comportant : – au moins une cellule d’accumulateur (3) ; – un dispositif de contention qui comprend un élément de cerclage et un élément de serrage. L’élément de serrage comporte une poche de compression (4) qui renferme un fluide sous pression et qui exerce un effort de compression sur au moins une face d’une cellule d’accumulateur (3). Figure pour l’abrégé : Fig.1
Description
L’invention concerne le domaine du stockage d’énergie électrique et vise les techniques de contention nécessaires pour la mise en œuvre des accumulateurs électrochimiques prismatiques, qu’ils soient embarqués dans des véhicules ou stationnaires.
Certaines batteries d’accumulateurs électrochimiques présentent une forme prismatique et comportent des cellules agencées dans des contenants souples ou rigides. Ces batteries nécessitent l’application d’une force de compression sur leurs faces latérales afin d’empêcher la délamination des couches internes des cellules d’accumulateurs, ce qui dégraderait la durée de vie et les performances de ces accumulateurs. En effet, ce type d’accumulateur se déforme en conditions d’utilisation, ce qui en fin de vie entraine des gonflements d’environ 5 à 20 % des cellules constituant l’accumulateur. Une déformation non maîtrisée engendre une dégradation de celles-ci dans le temps, pouvant aller jusqu’à leur destruction.
Le problème technique relatif à la nécessité d’une contention de ces accumulateurs électrochimiques est bien connu et de nombreuses solutions de contention existent dans l’art antérieur.
La demande de brevet US4020244 propose un cerclage des cellules d’accumulateur. La tension générant une compression sur les cellules est figée par soudage électrique.
La demande de brevet FR2963484 décrit des moyens mécaniques de mise en contention consistant en des tirants transversaux au module d’accumulateur et adaptés à serrer mutuellement deux plaques de contention appliquées sur les faces latérales du module. Ces tirants peuvent être soudés ou vissés sur les plaques latérales. Ces solutions permettent d’exercer une force de serrage plus importante que les solutions impliquant une sangle et sont donc plus adaptées aux accumulateurs électrochimiques récents. Cependant, ces solutions sont couteuses, difficiles à mettre en place et requièrent du savoir-faire pour leur montage et leur réglage. Ces solutions sont aussi peu flexibles, le démontage de l’accumulateur électrochimique devenant difficile, voire impossible.
La demande de brevet EP2777085 décrit une enveloppe rigide utilisée comme support de vissage pour deux bouchons filetés qui sont directement en contact avec les cellules afin de les comprimer.
Le document DE4226428 décrit également un module d’accumulateur équipé de deux plaques de contention serrées par des sangles de cerclage. Les plaques de contention sont bombées et les sangles de cerclage déforment ces plaques en comprimant le module d’accumulateur.
L’invention a pour but d’améliorer les moyens de contention pour accumulateurs électrochimiques prismatiques de l’art antérieur.
À cet effet, l’invention vise un module d’accumulateur électrochimique prismatique comportant :
– au moins une cellule d’accumulateur ;
– un dispositif de contention qui comprend un élément de cerclage et un élément de serrage.
– au moins une cellule d’accumulateur ;
– un dispositif de contention qui comprend un élément de cerclage et un élément de serrage.
L’élément de serrage comporte une poche de compression qui renferme un fluide sous pression et qui exerce un effort de compression sur au moins une face d’une cellule d’accumulateur.
Selon un autre objet, l’invention vise une batterie d’accumulateurs électrochimiques comportant un module tel que décrit ci-dessus et un système de gestion de batterie. La batterie comporte un dispositif de mise en pression piloté par le système de gestion de batterie, et relié à la valve de la poche de compression.
Selon un autre objet, l’invention vise un procédé de serrage d’un module d’accumulateur électrochimique, qui met en œuvre un dispositif de contention tel que décrit ci-dessus, et qui comporte les étapes suivantes, seules ou en combinaison :
– disposer une poche de compression contre une cellule d’accumulateur ;
– remplir la poche de compression de fluide et le mettre en pression, de sorte que la cellule d’accumulateur soit comprimée par la poche de compression, et par appui sur l’élément de cerclage.
– disposer une poche de compression contre une cellule d’accumulateur ;
– remplir la poche de compression de fluide et le mettre en pression, de sorte que la cellule d’accumulateur soit comprimée par la poche de compression, et par appui sur l’élément de cerclage.
Le procédé peut comporter une étape de modification de la pression du fluide de la poche de compression pour modifier l’effort de compression de la poche de compression sur la cellule d’accumulateur.
La mise en compression des cellules constituant le module, lors de l’assemblage final, est assurée et facilitée par l’invention, avec un encombrement et une masse réduite de l’ensemble du système.
Des accumulateurs électrochimiques de forte tension et de forte densité d’énergie peuvent ainsi être mis en œuvre avec les importantes forces de compression qui sont requises par les accumulateurs actuels (de l’ordre de plusieurs milliers de newtons), avec des moyens compacts. Les dispositifs de l’art antérieur imposent quant à eux, généralement, une mécanique complexe à intégrer pour de telles forces de compression.
L’invention permet de plus un démontage aisé qui augmente la réparabilité de l’ensemble.
Du point de vue des risques électriques, l’invention fournit une solution extrêmement sécurisée par rapport à l’art antérieur recourant généralement à des tirants, des poussoirs, des cerclages métalliques, qui présentent des risques de contact électrique parasite avec le câblage et la connectique entourant les batteries d’accumulateurs récentes, ce câblage et cette connectique ayant tendance à devenir plus encombrants avec la complexification des batteries.
L’invention permet de plus une compression uniforme par appui mécanique sur une large surface de la cellule d’accumulateur. Sur toute la surface de contact entre la poche de compression et les cellules, la pression est uniforme.
L’invention permet d’utiliser un fluide sous pression pour réaliser la compression sur les cellules d’accumulateur. La mise en pression du fluide, ainsi que le contrôle et la mesure de cette pression sont en exacte corrélation avec la force de compression qui s’exerce sur la cellule d’accumulateur. La pression du fluide à appliquer est donc déterminée pour l’application d’une force donnée de compression sur la surface des cellules d’accumulateur. De même, la mesure de la pression du fluide correspond à une mesure exacte de la force de compression s’appliquant sur les faces des cellules d’accumulateur.
L’invention donne de plus une possibilité de commande de la force de compression s’appliquant mécaniquement sur la cellule d’accumulateur, en commandant la pression du fluide de la poche de compression, de manière ponctuelle ou en continu.
Le dispositif de contention selon l’invention procure de plus une fonction supplémentaire dite de « respirabilité ». Dans l’art antérieur cette fonction, lorsqu’elle existe, est réalisée par des éléments proéminents augmentant l’encombrement du module d’accumulateur. Cette fonction de « respirabilité » permet au module d’accumulateur, tout en subissant une force de contention permanente, de pouvoir néanmoins se dilater et se contracter lors des cycles de charge et de décharge. En effet, la contention appliquée sur le module d’accumulateur permet, sur un temps long correspondant à la durée de vie de l’accumulateur, d’empêcher un gonflement des parois latérales. Cependant, les cycles de charge et de décharge du module d’accumulateur entrainent un échauffement et un refroidissement cyclique qui tendent, de manière indésirable, à augmenter la force de contention durant la dilatation liée à l’échauffement, et à diminuer cette force de contention durant la contraction liée au refroidissement. L’invention permet d’appliquer une force de contention maitrisée, en autorisant la faible variation de dimension liées aux cycles de charge et de décharge, ce qui contribue à un allongement de la durée de vie de l’accumulateur.
L’invention facilite le montage, le démontage, le recyclage, et le reconditionnement du module d’accumulateur. L’invention permettant un démontage simple et non-destructif du système, elle sera applicable notamment dans tous les produits à maintenance et sécurité accrues, ainsi que ceux d’écoconception.
Le module d’accumulateur selon l’invention peut comporter les caractéristiques additionnelles suivantes, seules ou en combinaison :
– la poche de compression est délimitée par une membrane souple ;
– la membrane souple est élastiquement déformable ;
– le fluide sous pression est un fluide compressible ;
– le fluide sous pression est de l’air comprimé ;
– le fluide sous pression est un fluide incompressible ;
– l’élément de cerclage comporte un boitier de contention rigide ;
– la poche de compression comporte deux parois souples reliées par un rebord périphérique ;
– la poche de compression comporte un orifice de remplissage en fluide sous pression, cet orifice étant muni d’un bouchon ;
– la poche de compression comporte une soupape de décharge calibrée pour maintenir la poche de compression à une pression maximale prédéterminée ;
– la poche de compression comporte une valve ;
– la poche de compression est intercalée entre la cellule d’accumulateur et l’élément de cerclage ;
– le module comporte une deuxième poche de compression renfermant un fluide sous pression, les deux poches de compression étant intercalées entre des cellules d’accumulateur d’extrémité et l’élément de cerclage ;
– le module comporte au moins deux cellules d’accumulateurs, et la poche de compression est intercalée entre deux cellules d’accumulateur ;
– la poche de compression est formée d’une membrane fixée sur la cellule d’accumulateur.
Selon un mode de réalisation, la poche de compression est remplie d’un fluide caloporteur et forme un dispositif de refroidissement. Le fluide sous pression de la poche de compression est ainsi un fluide caloporteur.
Le module d’accumulateur selon ce deuxième mode de réalisation peut comporter les caractéristiques additionnelles suivantes, seules ou en combinaison :
– la poche de compression comporte des ouvertures d’entrée et de sortie pour le fluide caloporteur ;
– le module comporte des conduits de circulation du fluide caloporteur raccordés aux ouvertures d’entrée et de sortie de la poche de compression ;
– le module comporte une pluralité de poches de compression en communication fluidique les unes avec les autres ;
– le module comporte un circuit de mise en circulation du fluide caloporteur ;
– la poche de compression est hermétiquement fermée.
Un refroidissement performant, au plus près des cellules d’accumulateur, est ainsi réalisé, avec une intégration mécanique sécurisée et une maintenance aisée.
Une fois comprimée contre une face de la cellule d’accumulateur, la poche de compression est plaquée surface contre surface pour former une zone d’échange thermique optimisée.
L’échange thermique peut être modulé en fonction de la forme de la cellule d’accumulateur, en variant la configuration de la poche de compression. Par exemple, une poche de compression ventrue offrira un espace d’échange thermique plus important au centre et moindre à la périphérie. À l’inverse, une poche de compression plus volumineuse en périphérie, ou torique, offrira un espace d’échange thermique plus important à la périphérie et moindre au centre.
Cette solution de refroidissement pour module d’accumulateur est plus compacte que les solutions classiques de l’art antérieur, et est plus facilement intégrable au sein d’un module d’accumulateur.
Le dispositif de refroidissement, dont l’élément au contact des cellule d'accumulateurs est une poche de compression, est par nature plus facilement réalisable entièrement en matériaux diélectriques. La poche de compression est de préférence une poche réalisée en matériau souple telle qu’un polymère diélectrique.
L’intégration d’un tel dispositif de refroidissement est de plus adaptable selon les puissances thermiques à dissiper. Il peut être adapté avec peu de modifications structurelles, simplement par la modification du nombre et du positionnement des poches de compression. Cette adaptation peut être réalisée lors de la conception, au cours du cycle de vie, ou lors du reconditionnement d’un module d’accumulateur.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
– la illustre un premier exemple de module d’accumulateur selon l’invention ;
– la illustre un deuxième exemple de module d’accumulateur selon l’invention ;
– la est une vue de profil d’un module d’accumulateur ;
– la représente en perspective une poche de compression selon un premier mode de réalisation ;
– la représente la poche de compression de la , vue de profil ;
– la illustre un premier exemple d’orifice de remplissage pour la poche de compression ;
– la illustre un deuxième exemple d’orifice de remplissage pour la poche de compression ;
– la illustre un troisième exemple d’orifice de remplissage pour la poche de compression ;
– la illustre une poche de compression selon un deuxième mode de réalisation ;
– la est une vue de profil des éléments de la ;
– la est relative à une poche de compression selon un troisième mode de réalisation.
Les éléments similaires et communs aux divers modes de réalisation portent les mêmes numéros de renvoi aux figures.
Les figures 1 et 2 sont deux exemples illustratifs de mise en œuvre de l’invention. Ces deux figures illustrent un module d’accumulateur 1 qui comporte une ou plusieurs cellules d’accumulateur électrochimiques 3 et un dispositif de contention comprenant un élément de cerclage et un élément de serrage.
L’élément de cerclage comporte ici un boîtier de contention 2 dans lequel sont insérées les cellules 3.
L’élément de serrage comporte ici une poche de compression 4.
Sur les figures 1 et 2, les cellules 3 et les poches de compression 4 sont représentées partiellement insérées dans le boiter de contention 2, et le boîtier de contention 2 est vu en transparence, afin de montrer l’agencement des différents éléments. Lorsque le module d’accumulateur 1 est monté et en état de fonctionnement, les cellules 3 et les poches de compression 4 sont toutes alignées et disposées dans le boîtier de contention 2.
Les cellules 3 sont des cellules d’accumulateur prismatiques, c’est-à-dire que les bobineaux les constituants sont aplatis et sont disposés dans un boitier prismatique (ces bobineaux pouvant être placés dans des contenants rigides ou des sachets souples). Cette disposition permet la mise en œuvre de cellules d’accumulateur 3 de grande dimension et de forte puissance, qui comportent des bornes de connexion 6 également de grande dimension, et qui présentent une forte densité d’énergie. Cet agencement est incontournable dans de nombreuses applications exigeantes, notamment dans les véhicules électriques. Cependant, cet agencement nécessite une force de contention importante sur les parois latérales des modules 1. À titre d’exemple, un module d’accumulateur de véhicule électrique actuel nécessite une force de contention de l’ordre de 2 kN par cellule d’accumulateur et qui peut aller jusqu’à 15 kN en fin de vie de l’accumulateur. Cette force de contention est procurée par la ou les poche de compression 4, grâce à l’appui résultant sur le boiter de contention 2.
Sur la , le module d’accumulateur 1 comporte une série de cellules 3 alignées qui sont toutes mises en compression par une seule poche de compression 4 insérée entre une cellule 3 d’extrémité et le boîtier de contention 2. Les cellules 3 d’extrémité sont les cellules situées de part et d’autre de l’empilement ou de l’alignement de cellules 3 (considérés dans la direction où un effort de compression est à exercer), et qui sont en vis-à-vis du boitier de contention 2.
Le boîtier de contention 2 est ici un boîtier simple, sans aucun mécanisme dédié à la compression. Le boîtier de contention 2 est simplement dimensionné pour supporter la force de compression requise sans se déformer. Le boîtier de contention 2 peut comporter de plus un rebord 5 permettant la fixation d’un couvercle (non représenté).
La poche de compression 4 est remplie d’un fluide sous pression de sorte que cette poche de compression 4 forme un élément élastique exerçant deux forces résultantes, égales et opposées, l’une vers la face de la cellule 3 contre laquelle la poche de compression 4 est disposée, et l’autre vers la face interne du boîtier de contention 2.
La présente une réalisation similaire à celle de la , si ce n’est que l’ensemble des cellules 3 du module 1 est encadré par deux poches de compression 4. Une poche de compression 4 est ainsi prévue entre chacune des cellules 3 d’extrémité et la face interne correspondante du boîtier de contention 2.
L’agencement des poches de compression 4 au sein des modules d’accumulateur 1 est très peu contraignant sur l’agencement des cellules 3. Notamment, les cellules 3 bénéficient d’une grande liberté dans le positionnement des bornes de connexion 6 (sur leur face supérieure dans l’exemple de la , et sur une face latérale dans l’exemple de la ). Quelle que soit la disposition des bornes de connexion 6, ou de tout autre élément de connectique ou de câblage, les poches de compression 4 n’interfèrent pas avec cet agencement, et ne présentent aucun risque électrique, à la différence de l’art antérieur où les mécanismes de serrage généralement employés peuvent cheminer à proximité des bornes de connexion.
Au-delà des exemples des figures 1 et 2, d’autres agencements peuvent être envisagés pour le positionnement des poches de compression 4 au sein du module d’accumulateur 1, tant qu’au moins une poche de compression 4 exerce un effort de compression sur au moins une face d’une cellule 3. Une ou plusieurs poches de compression 4 peuvent ainsi être par exemple intercalées chacune entre deux cellules 3 qui ne sont pas des cellules d’extrémité, de sorte qu’un effort de compression soit exercé entre deux cellules. Cet effort tendrait à écarter ces deux cellules de sorte que toutes les cellules 3 subissent cet effort, les cellules d’extrémité s’appuyant alors directement sur le boîtier de contention 2.
En référence à l’exemple illustré aux figures 1 et 2, la est une vue de profil montrant la coopération entre une cellule 3 d’extrémité, la poche de compression 4 et le boîtier de contention 2.
La poche de compression 4 est une poche souple qui présente un profil bombé dû à son remplissage en fluide sous-pression. La poche de compression 4 est ainsi en contact, selon une certaine surface de contact, d’un côté avec la face de la cellule 3 correspondante, et de l’autre côté avec la face interne correspondante du boîtier de contention 2.
La poche de compression 4 applique ainsi un effort de compression sur deux surfaces de contact, tendant à éloigner la cellule 3 d’extrémité de la face interne du boîtier de contention 2 correspondante (voir flèches sur la ).
Grâce à cet effort de compression, toutes les cellules 3 du module d’accumulateur 1 vont être mises en compression, faces contre faces, et cet effort de compression va être exercé contre les deux faces internes opposées du boîtier de contention 2.
Les figures 4 et 5 illustrent un exemple de poche de compression 4, respectivement en perspective et de profil. Dans le présent exemple, la poche de compression 4 est composée de deux membranes 16 souples thermosoudées entre elles suivant un rebord périphérique 7.
Les deux membranes 16 peuvent être par exemple des feuilles de caoutchouc de type polyéthylène ou nitrile, ou un polymère de type silicone, de quelques millimètres d’épaisseur. Ces matériaux peuvent être tissés ou renforcés par des fibres pour renforcer leur tenue à la pression si nécessaire.
Le rebord 7 est particulièrement avantageux et a pour effet de produire une poche de compression 4 se gonflant au niveau de sa portion centrale, et non de sa périphérie. La poche de compression 4, une fois sous pression, présente ainsi une forme ventrue (voir ), c’est-à-dire que sa mise en pression entraîne une déformation plus importante en son centre que sur la périphérie. Les cellules 3, lorsqu’elles gonflent au cours de leur vieillissement, deviennent également ventrues, elles gonflent au niveau du centre de leurs faces latérales. Ainsi, l’effort de compression appliqué par la ou les poches de compression 4 sur les cellules 3 est plus important au centre que sur la périphérie. Un effort de compression plus important est appliqué sur les portions qui ont plus tendance à se déformer.
La poche de compression 4 comporte de plus un orifice de remplissage 8 permettant son remplissage par un fluide, sa mise en pression, et éventuellement la mesure ou la commande de cette pression.
La poche de compression 4 peut de plus comporter une soupape de décharge 10 maintenant la pression interne à une valeur maximale prédéfinie. La soupape de décharge 10 peut être intégrée aux membranes 16 (comme illustré), ou à l’orifice de remplissage.
Selon un premier exemple, la soupape de décharge 10 peut être calibrée soit pour une pression maximale de sécurité, au-delà de laquelle la pression représenterait un danger, et la soupape de décharge 10 n’est donc pas activée en fonctionnement nominal.
Selon un deuxième exemple, la soupape de décharge 10 est calibrée pour une pression de service correspondant à la force de compression à appliquer aux cellules, quelle que soit l’étape du cycle de vie du module 1. Les cellules 3 ont tendance à gonfler en vieillissant, ce qui entraine une augmentation de la pression du fluide dans les poches de compression 4, et la soupape de décharge 10 veille à une décharge régulière durant la vie du module 1, pour que la force de compression reste constante malgré le gonflement des cellules 3.
Les figures 6 à 8 illustrent trois possibilités de mise en œuvre de l’orifice de remplissage 8 servant au remplissage en fluide de la poche de compression 4 et à sa mise en pression :
– la illustre un orifice de remplissage 8 muni d’un bouchon 9. Le bouchon 9 peut de plus recevoir la soupape de décharge 10 ;
– la illustre un orifice de remplissage 8 est initialement un simple conduit défini par une zone non thermosoudée au sein du rebord 7, cet orifice 8 étant ensuite obturé en fin de remplissage par une thermosoudure locale 11 obturant définitivement l’orifice de remplissage 8 ;
– la illustre un orifice de remplissage 8 qui est obturé par une valve 12 permettant une mesure de la pression du fluide et/ou une variation de cette pression. Un dispositif de mise en pression 15, tel qu’un compresseur, peut être branché sur la valve 12. Ce dispositif de mise en pression 15 peut de plus être piloté par le système de gestion de batterie 14 (BMS pour « Battery Management System », en anglais). Tout dispositif de mise en pression intervenant sur la poche de compression 4 participe ainsi au système de gestion de batterie.
– la
– la
– la
La ou les poches de compression 4 procurent par ailleurs une fonction de « respirabilité » à l’élément de serrage. Durant les cycles de charge, le module d’accumulateur 1 s’échauffe et se dilate. La poche de compression 4 peut alors se comprimer, selon une faible plage correspondant à cette dilatation. Cette fonction de « respirabilité » est mise en œuvre au gré des dilatations et rétractations successives du module d’accumulateur 1 soumis à des cycles de charge et de décharge. La fonction de « respirabilité » permet ainsi d’accompagner le mouvement physique cyclique des cellules 3, sans les contraindre de manière disproportionnée lors des phases de dilatation.
Durant la production du module d’accumulateur 1, le procédé suivant est mis en œuvre pour la mise en compression des cellules 3 :
– les cellules 3 sont mises en place dans le boîtier de contention 2, avec une ou plusieurs poches de compression 4 intercalées entre certaines des cellules 3 et/ou entre des cellules 3 et le boîtier de contention 2 ;
– un fluide est injecté dans la poche de compression 4 et cette dernière est mise en pression à une pression déterminée correspondant à la force de compression souhaitée pour les cellules 3 ;
– l’orifice de remplissage 8 est obturé (par un bouchon dans l’exemple de la , par une thermosoudure dans l’exemple de la et par la fermeture de la valve 12 dans l’exemple de la ).
– les cellules 3 sont mises en place dans le boîtier de contention 2, avec une ou plusieurs poches de compression 4 intercalées entre certaines des cellules 3 et/ou entre des cellules 3 et le boîtier de contention 2 ;
– un fluide est injecté dans la poche de compression 4 et cette dernière est mise en pression à une pression déterminée correspondant à la force de compression souhaitée pour les cellules 3 ;
– l’orifice de remplissage 8 est obturé (par un bouchon dans l’exemple de la
Dans un mode de réalisation, la ou les poches de compression 4, bien que souples, sont réalisées dans un matériau présentant une faible, voire une très faible, capacité de déformation élastique tandis que le fluide remplissant la poche de compression 4 est compressible. C’est le cas par exemple avec une poche de compression 4 pneumatique dont le fluide de remplissage est un gaz, par exemple de l’air comprimé. Une telle poche de compression 4 pneumatique présente ainsi un comportement élastique grâce à la compressibilité de l’air comprimé qu’elle contient, et c’est le calibrage de la pression d’air qui détermine l’effort de compression sur les cellules 3.
Selon un autre mode de réalisation, la poche de compression 4 est réalisée en un matériau élastiquement déformable et le fluide remplissant la poche de compression 4 est un fluide incompressible.
Selon un mode de réalisation, les membranes de la poche de compression 4 sont élastiquement déformables et le fluide est compressible.
Selon un mode de réalisation, relatif à l’exemple de la , la pression du fluide dans la poche de compression 4 peut être régulée de manière ponctuelle ou de manière continue durant la vie du module d’accumulateur 1. Ainsi, le dispositif de mise en pression 15 (par exemple un compresseur pneumatique ou hydraulique) peut être relié en permanence à la valve 12. La poche de compression 4 est ainsi mise en pression une première fois lors de l’assemblage du module d’accumulateur 1 et de sa mise en service. La valve 12 permet de plus une surveillance, un contrôle régulier ou permanent de la pression qui règne dans la poche de compression 4, et un réajustement de cette pression si nécessaire, notamment par le système de gestion de batteries 14. La force de compression s’appliquant sur le module 1 est ainsi directement pilotée par le système de gestion de batteries 14.
Les figures 9 et 10 illustrent un deuxième mode de réalisation de la poche de compression 4, dans lequel la poche de compression 4 est directement rapportée sur une cellule 3.
La poche de compression 4 est ainsi constituée d’une membrane unique 13 qui est fixée (par collage, thermosoudage ou tout autre assemblage étanche) sur le corps de la cellule 3, suivant un rebord périphérique 7. La poche de compression 4 correspond ainsi à une chambre qui est délimitée d’un côté par la membrane 13 et de l’autre côté par une face de la cellule 3.
La poche de compression 4 selon ce mode de réalisation fonctionne de la même manière que les réalisations décrites précédemment, la poche de compression 4 étant simplement intégrée à une cellule 3. Plusieurs cellules 3 munies de leur poche de compression 4 peuvent ainsi être mises en œuvre pour produire un module d’accumulateur 1 selon l’invention.
La est relative à un troisième mode de réalisation de l’invention dans lequel le fluide sous pression de la poche de compression 4 est un fluide caloporteur.
La illustre un ensemble de cellules 3 destiné à être monté dans un boitier de contention, de même que sur la . Dans ce mode de réalisation, les deux poches de compression 4 assurent une fonction de refroidissement des cellules 3, en plus de leur fonction de serrage.
Chaque poche de compression 4 comporte des ouvertures 17 d’entrée et de sortie pour le fluide caloporteur, ainsi que des conduits 18 de circulation du fluide caloporteur raccordés aux ouvertures 17 d’entrée et de sortie.
Les conduits 18 de circulation du fluide caloporteur raccordent également les poches de compression 4 entre elles, de sorte que les poches de compression 4 sont en communication fluidique les unes avec les autres.
Le fluide caloporteur circule grâce à un circuit. Le circuit de mise en circulation du fluide caloporteur est schématisé par l’élément 19 sur la . Ce circuit comporte par exemple une pompe, un échangeur thermique, etc, ainsi que des éléments de mise en pression du fluide. Le fluide caloporteur circule par intermittence ou en continu dans les conduits 18 et entre les poches de compression 4.
Le fluide caloporteur peut-être incompressible (par exemple de l’eau) ou compressible (par exemple un gaz caloporteur). Il peut également être un fluide à changement de phase.
Des variantes de réalisation du module d’accumulateur 1 peuvent être mises en œuvre. Par exemple, tout autre mode de production d’une poche de compression 4 souple et adaptée à la pression requise peut être envisagé (formée d’une seule pièce, par moulage, etc.). L’élément de contention peut être un cerclage, métallique ou fait par des sangles, qui contient l’ensemble des cellules.
Claims (22)
- Module d’accumulateur électrochimique prismatique (1) comportant :
– au moins une cellule d’accumulateur (3) ;
– un dispositif de contention qui comprend un élément de cerclage et un élément de serrage ;
caractérisé en ce que l’élément de serrage comporte une poche de compression (4) qui renferme un fluide sous pression et qui exerce un effort de compression sur au moins une face d’une cellule d’accumulateur (3). - Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poche de compression (4) est délimitée par une membrane souple.
- Module selon la revendication 2, caractérisé en ce que la membrane souple est élastiquement déformable.
- Module selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fluide sous pression est un fluide compressible.
- Module selon la revendication 4, caractérisé en ce que le fluide sous pression est de l’air comprimé.
- Module selon l’une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le fluide sous pression est un fluide incompressible.
- Module selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’élément de cerclage comporte un boitier de contention (2) rigide.
- Module selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la poche de compression (4) comporte deux parois souples reliées par un rebord périphérique (5).
- Module selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la poche de compression (4) comporte un orifice de remplissage (8) en fluide sous pression, cet orifice (8) étant muni d’un bouchon (9).
- Module selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la poche de compression (4) comporte une soupape de décharge (10) calibrée pour maintenir la poche de compression (4) à une pression maximale prédéterminée.
- Module selon l’une des revendications précédents, caractérisé en ce que la poche de compression (4) comporte une valve (12).
- Module selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la poche de compression (4) est intercalée entre la cellule d’accumulateur (3) et l’élément de cerclage.
- Module selon la revendication 12, caractérisé en ce qu’il comporte une deuxième poche de compression (4) renfermant un fluide sous pression, les deux poches de compression (4) étant intercalées entre des cellules d’accumulateur (3) d’extrémité et l’élément de cerclage.
- Module selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte au moins deux cellules d’accumulateurs (3), et en ce que la poche de compression (4) est intercalée entre deux cellules d’accumulateur (3).
- Module selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la poche de compression (4) est formée d’une membrane (13) fixée sur la cellule d’accumulateur (3).
- Module selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide sous pression de la poche de compression (4) est un fluide caloporteur.
- Module selon revendication 16, caractérisé en ce que la poche de compression (4) comporte des ouvertures d’entrée et de sortie pour le fluide caloporteur.
- Module selon la revendication 17, caractérisé en ce qu’il comporte des conduits de circulation du fluide caloporteur raccordés aux ouvertures d’entrée et de sortie de la poche de compression.
- Module selon l’une des revendications 17 ou 18, caractérisé en ce qu’il comporte une pluralité de poches de compression (4) en communication fluidique les unes avec les autres.
- Batterie d’accumulateurs électrochimiques comportant un module selon la revendication 11 et un système de gestion de batterie (14), caractérisé en ce qu’elle comporte un dispositif de mise en pression (15) piloté par le système de gestion de batterie (14), et relié à la valve (12) de la poche de compression (4).
- Procédé de serrage d’un module d’accumulateur électrochimique selon l’une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes :
– disposer une poche de compression (4) contre une cellule d’accumulateur (3) ;
– remplir la poche de compression (4) de fluide et le mettre en pression, de sorte que la cellule d’accumulateur (3) soit comprimée par la poche de compression (4), et par appui sur l’élément de cerclage. - Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce qu’il comporte une étape de modification de la pression du fluide de la poche de compression (4) pour modifier l’effort de compression de la poche de compression (4) sur la cellule d’accumulateur (3).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2114571A FR3131447A1 (fr) | 2021-12-28 | 2021-12-28 | Module d’accumulateur électrochimique à contention par poche de compression |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2114571 | 2021-12-28 | ||
| FR2114571A FR3131447A1 (fr) | 2021-12-28 | 2021-12-28 | Module d’accumulateur électrochimique à contention par poche de compression |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3131447A1 true FR3131447A1 (fr) | 2023-06-30 |
Family
ID=81851399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2114571A Pending FR3131447A1 (fr) | 2021-12-28 | 2021-12-28 | Module d’accumulateur électrochimique à contention par poche de compression |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3131447A1 (fr) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4020244A (en) | 1975-02-18 | 1977-04-26 | Motorola, Inc. | Clamping structure for battery cells |
| DE4226428A1 (de) | 1992-08-10 | 1994-02-17 | Friedhelm Mesmer | Mechanische Spannvorrichtung für thermoplastische Batterieblockkästen |
| US20110159352A1 (en) * | 2009-12-31 | 2011-06-30 | Lightening Energy | High voltage modular battery with compression bladder |
| FR2963484A1 (fr) | 2010-07-29 | 2012-02-03 | E4V | Batterie electrique et engin motorise comportant au moins une telle batterie |
| EP2777085A1 (fr) | 2011-11-07 | 2014-09-17 | Johnson Controls Technology LLC | Logement monobloc à bouchons pour ensemble de cellules prismatiques |
| US20170279088A1 (en) * | 2014-09-01 | 2017-09-28 | Robert Bosch Gmbh | Clamping device for battery cells as well as battery module, battery, battery system, vehicle and method for producing a battery module |
| FR3071104A1 (fr) * | 2017-09-14 | 2019-03-15 | Renault S.A.S | Module de batterie |
-
2021
- 2021-12-28 FR FR2114571A patent/FR3131447A1/fr active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4020244A (en) | 1975-02-18 | 1977-04-26 | Motorola, Inc. | Clamping structure for battery cells |
| DE4226428A1 (de) | 1992-08-10 | 1994-02-17 | Friedhelm Mesmer | Mechanische Spannvorrichtung für thermoplastische Batterieblockkästen |
| US20110159352A1 (en) * | 2009-12-31 | 2011-06-30 | Lightening Energy | High voltage modular battery with compression bladder |
| FR2963484A1 (fr) | 2010-07-29 | 2012-02-03 | E4V | Batterie electrique et engin motorise comportant au moins une telle batterie |
| EP2777085A1 (fr) | 2011-11-07 | 2014-09-17 | Johnson Controls Technology LLC | Logement monobloc à bouchons pour ensemble de cellules prismatiques |
| US20170279088A1 (en) * | 2014-09-01 | 2017-09-28 | Robert Bosch Gmbh | Clamping device for battery cells as well as battery module, battery, battery system, vehicle and method for producing a battery module |
| FR3071104A1 (fr) * | 2017-09-14 | 2019-03-15 | Renault S.A.S | Module de batterie |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10714713B2 (en) | Clamping device for battery cells as well as battery module, battery, battery system, vehicle and method for producing a battery module | |
| FR3062749A1 (fr) | Unite de batterie integrant des zones d'echanges thermiques | |
| CA2661652A1 (fr) | Batterie electrique comprenant des elements generateurs souples et un systeme de conditionnement mecanique et thermique desdits elements | |
| FR3007895A1 (fr) | Bande de cellules electrochimiques pour realiser un module de batterie pour vehicule electrique ou hybride, et procede de realisation d'un tel module | |
| FR3091789A1 (fr) | Pack-batterie comprenant une pluralite d’accumulateurs relies electriquement entre eux et un systeme de circulation de fluide dielectrique assurant a la fois le refroidissement des accumulateurs et leur serrage | |
| FR3013515A1 (fr) | Dispositif de refroidissement pour batterie automobile | |
| WO2018055297A2 (fr) | Dispositif de regulation thermique | |
| FR3131447A1 (fr) | Module d’accumulateur électrochimique à contention par poche de compression | |
| FR3062522A1 (fr) | Batterie refroidie et systeme comportant une telle batterie | |
| FR3071104A1 (fr) | Module de batterie | |
| BE1027327B1 (fr) | Compresseur a etat solide et procede pour fournir une contre-pression sur un empilement de cellules de compresseur a l'etat solide | |
| WO2018060604A1 (fr) | Dispositif de regulation thermique | |
| FR3129775A1 (fr) | Dispositif et procédé de contention pour module d’accumulateur électrochimique prismatique à charriot de serrage et verrou | |
| FR3131446A1 (fr) | Module d’accumulateur électrochimique à refroidissement par poche de compression | |
| EP4089794A2 (fr) | Unité de batterie avec des moyens de controle ou de régulation de température intégrés | |
| FR2974249A1 (fr) | Dispositif modulaire de transport de la temperature pour batterie de vehicule automobile, procede de montage de ce dispositif et batterie de vehicule automobile comprenant un tel dispositif | |
| FR2973948A1 (fr) | Dispositif modulaire de cadre conducteur de puissance pour batterie de vehicule automobile, procede de montage de ce dispositif et batterie de vehicule automobile comprenant un tel dispositif | |
| WO2023117517A1 (fr) | Module pour batterie comprenant un fluide appliquant une pression sur une cellule | |
| FR3104829A1 (fr) | Accumulateur électrochimique, notamment un accumulateur métal-ion, à emballage souple ou rigide intégrant des canaux de refroidissement, module et procédé de fabrication associés. | |
| FR3056829A1 (fr) | Dispositif de regulation thermique de batterie | |
| EP3945618B1 (fr) | Dispositif et procédé de contention pour module d'accumulateur électrochimique prismatique | |
| FR3144418A1 (fr) | Boitier de module accumulateur électrochimique à réseau de conduits fluidiques | |
| FR3075336A1 (fr) | Echangeur de chaleur pour la gestion thermique d'une batterie electrique | |
| FR3075472B1 (fr) | Structure pour le traitement thermique d'un dispositif de stockage electrique d'un vehicule automobile | |
| WO2023117522A1 (fr) | Procédé de régulation d'une pression d'un liquide diélectrique circulant au sein d'un système de refroidissement |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20230630 |