FR3133486A1 - Borne de raccordement dotée d’un clapet de rupture intégré, destinée à une cellule de batterie, et cellule de batterie la présentant - Google Patents

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Abstract

Borne de raccordement dotée d’un clapet de rupture intégré, destinée à une cellule de batterie, et cellule de batterie la présentant L’invention décrit, selon divers modes de réalisation, une borne de raccordement (1) dotée d’un clapet de rupture intégré, destinée à une cellule de batterie et présentant : un corps de base (2) présentant une première partie (3) et une deuxième partie (5), une matière plastique (6) étant agencée sur la surface dudit corps de base (2) entre ladite première partie (3) et ladite deuxième partie (4) ; une première ouverture (7) agencée au niveau de la première partie (3) et une deuxième ouverture (8) agencée au niveau de la deuxième partie (4) ; un conduit intérieur s’étendant entre la première ouverture (7) et la deuxième ouverture (8) à l’intérieur du corps de base (2) ; et un disque de rupture (9) agencé sur la deuxième ouverture (8) et obturant celle-ci de manière hermétique aux gaz, assurant ainsi un clapet de rupture. L’invention décrit en outre une cellule de batterie présentant une telle borne de raccordement (1). Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 2

Description

Borne de raccordement dotée d’un clapet de rupture intégré, destinée à une cellule de batterie, et cellule de batterie la présentant
La présente invention concerne une borne de raccordement dotée d’un clapet de rupture intégré, destinée à une cellule de batterie, et une cellule de batterie la présentant.
Le thème de l’électromobilité représente actuellement un enjeu de plus en plus important. L’un des paramètres les plus importants et déterminants dans le choix d’un véhicule électrique réside en son autonomie qui dépend en grande partie de sa batterie de traction. Pour atteindre une autonomie élevée, on cherche à disposer d’une batterie de traction offrant une haute densité énergétique pour un poids propre relativement faible.
Les cellules poches représentent un modèle fortement répandu de cellules de batterie lithium-polymères (cette technologie ne représentant toutefois qu’un exemple de cellules de batterie utilisables) et sont devenues indissociables du secteur des appareils mobiles actuels. Il s’agit de couches actives empilées ou repliées dans un sachet généralement composé de polypropylène, matériau robuste et résistant notamment aux déchirures tout en étant très élastique. Les cellules poches ne présentent donc pas de boîtier extérieur rigide, ce qui les rend relativement légères et leur permet d’avoir un profil mince. Leur densité énergétique volumique élevée en fait également une option adaptée aux batteries de traction.
Malgré ces avantages, les cellules poches présentent l’inconvénient de ne disposer actuellement d’aucune possibilité ciblée de dégazage. On observe déjà des accumulations de gaz à l’intérieur des cellules poches dans le cadre d’emplois classiques, notamment sous l’effet du vieillissement. Le gaz inflammable comprend essentiellement du solvant de dégazage, qui sert de substance de support aux ions, par exemple aux ions lithium dans le cas de batteries aux ions lithium. Des conséquences encore plus graves peuvent découler d’un emballement thermique (en anglais : « thermal runaway »), qui entraîne généralement un dégagement gazeux encore plus important. En présence d’une trop forte surpression à l’intérieur de la cellule, celle-ci s’ouvre ou se déchire au niveau du point de scellage le plus faible dans le cordon de scellage présent sur tout le pourtour de la cellule. Le processus de fabrication rend pratiquement impossible la détermination de l’endroit du cordon de scellage auquel se trouve un point faible, voire le point le plus faible qui, le plus vraisemblablement, tiendra lieu de point de rupture du sachet en cas de surpression. Étant donné que la cellule poche ne possède pas d’enveloppe extérieure stable, sa rupture peut entraîner des dommages sur les pièces disposées à proximité de la cellule en question.
Dans ce contexte, la présente invention a pour objectif de proposer une évacuation ciblée des gaz de l’intérieur d’une cellule de batterie, notamment une cellule de type poche.
Cet objectif est réalisé par l’invention grâce à une borne de raccordement dotée d’un clapet de rupture intégré, destinée à une cellule de batterie et présentant :
un corps de base présentant une première partie et une deuxième partie, une matière plastique étant agencée sur la surface dudit corps de base entre ladite première partie et ladite deuxième partie ;
une première ouverture agencée au niveau de la première partie et une deuxième ouverture agencée au niveau de la deuxième partie ;
un conduit intérieur s’étendant entre la première ouverture et la deuxième ouverture du corps de base ;
un disque de rupture agencé sur la deuxième ouverture et obturant celle-ci de manière hermétique aux gaz, fournissant ainsi un clapet de rupture. Une borne de raccordement d’une cellule de batterie, notamment d’une cellule de type poche, prend parfois le nom de « languette de batterie » par analogie à l’anglais « cell tab ».
Bien que la présente invention soit décrite dans le contexte d’une cellule poche, il sera évident que la borne de raccordement de l’invention pourra également être mise en œuvre dans le cadre d’autres formes de batterie et ne dépendra nullement du modèle spécifique que représentent les cellules poches.
La solution selon l’invention consiste à proposer une borne de raccordement spéciale venant en remplacement d’une borne de raccordement conventionnelle connue dans l’art et représentant le pôle positif et/ou négatif de la cellule (il suffit d’habitude de ne prévoir qu’une seule borne de raccordement de l’invention par cellule de batterie). Les bornes de raccordement d’une cellule de batterie se composent le plus souvent de cuivre ou d’aluminium et sont, au sens où l’entend l’invention, non fonctionnelles. La borne de raccordement de l’invention est quant à elle fonctionnelle car elle assure la fonction d’un clapet de rupture et présente par conséquent un éventail de fonctions élargi par rapport à sa traditionnelle fonction de conduction électrique. Un conduit intérieur traversant la borne de raccordement de l’invention permet de conduire les gaz de façon ciblée hors de l’intérieur de la cellule de batterie. En choisissant de manière ciblée le disque de rupture qui recouvre l’ouverture du conduit intérieur débouchant sur l’extérieur, on peut réaliser un dégazage précis, dans le temps et dans l’espace, de la cellule de batterie.
La présente invention se prête particulièrement bien aux cellules poches, car celles-ci présentent une conception filigranée et, du fait de la réalisation du dégazage par (au moins) une des bornes de raccordement, ne demandent l’amenée d’aucune autre conduite aux cellules poches. L’invention se distingue donc par le fait que l’on utilise (au moins) l’un des deux éléments bien définis, servant d’ordinaire uniquement à exploiter la tension de la batterie, comme « véhicule » pour un dégazage de la cellule de batterie. Cela permet notamment de ne pas avoir à réaliser d’autre perforation dans l’enveloppe extérieure scellée de la cellule de batterie, car le conduit de dégazage est situé au sein de la borne de raccordement.
L’invention propose donc une borne de raccordement dotée d’un clapet de rupture intégré, destinée à une cellule de batterie. La borne de raccordement présente un corps de base présentant une première partie et une deuxième partie, une matière plastique étant agencée sur la surface dudit corps de base entre lesdites première et deuxième parties. Le corps de base peut avoir une forme allongée plane et peut fondamentalement, à première vue, correspondre à une borne de raccordement conventionnelle connue dans l’art, vu de l’extérieur. La première partie du corps de base peut consister en une partie intérieure qui, dans le cadre d’une cellule de batterie appropriée, sera agencée à l’intérieur de la cellule et ne sera pas visible de l’extérieur. En conséquence, la deuxième partie du corps de base peut consister en une partie extérieure qui, dans le cadre d’une cellule de batterie appropriée, sera agencée à l’extérieur de la cellule ou fera saillie hors de celle-ci et permettra la mise en contact électrique de cette cellule. Une zone de scellement de la borne de raccordement peut être agencée entre ces deux parties, la zone de scellement correspondant à la partie du corps de base sur la surface de laquelle est agencée la matière plastique. La matière plastique peut par exemple correspondre à la matière servant à la fabrication du sachet extérieur (enveloppe pelliculaire extérieure) d’une cellule poche, ce qui simplifie le processus de scellage. Le plastique consistera par exemple en du polypropylène. Lors du scellage, la borne de raccordement de l’invention est placée sur le bord du sachet de telle manière que la matière plastique appliquée sur le corps de base se trouve dans la zone de scellement.
La borne de raccordement de l’invention présente en outre une première ouverture agencée au niveau de la première partie et une deuxième ouverture agencée au niveau de la deuxième partie. Un conduit intérieur parcourt l’intérieur du corps de base en s’étendant entre la première ouverture et la deuxième ouverture à l’intérieur du corps de base. En d’autres termes, les deux ouvertures sont reliées l’une à l’autre au moyen du conduit intérieur. Le conduit intérieur peut être réalisé de façon intégrée à l’intérieur de la borne de raccordement qui sera, par exemple, produite au moyen d’une impression 3D.
La borne de raccordement présente enfin un disque de rupture agencé sur la deuxième ouverture et obturant celle-ci de manière hermétique aux gaz, assurant ainsi un clapet de rupture. On pourra, par un choix approprié du disque de rupture, qui fonctionnera à la manière d’une protection anti-surpression classique, ajuster la surpression à partir de laquelle (dans le cadre d’une utilisation de la borne de raccordement de l’invention dans une cellule de batterie) une ouverture du disque de rupture devra se produire dans la cellule de batterie.
Selon d’autres modes de réalisation de la borne de raccordement, la matière plastique peut être agencée sur tout l’extérieur du corps de base. Cela permet d’assurer une liaison fiable entre la zone de scellement de la borne de raccordement et le matériau du sachet de la cellule de batterie lors du scellage.
Selon d’autres modes de réalisation de la borne de raccordement, le corps de base peut présenter, dans la zone où est appliquée la matière plastique, une extension qui s’étend sur au moins deux côtés extérieurs opposés du corps de base. L’extension peut s’étendre latéralement vers l’extérieur à partir du corps de base. Cette extension, qui pourra aller en s’effilant vers l’extérieur et finir en pointe, a pour finalité de matérialiser une transition douce de la zone de scellage du sachet extérieur de la batterie entre la zone dans laquelle deux surfaces de sachet extérieur se rejoignent l’une contre l’autre et une zone dans laquelle une surface de sachet extérieur respective rejoint la matière plastique du corps de base.
Selon d’autres modes de réalisation de la borne de raccordement, l’extension peut être de forme trapézoïdale, vue en coupe. Le trapèze peut être isocèle. Les deux côtés ne constituant pas les bases du trapèze peuvent être considérés à la manière de « dossiers » sur lesquels un côté du sachet extérieur est ramené, à partir d’un point de scellage situé sur l’une des bases, vers l’autre côté du sachet situé sur l’autre côté du sachet extérieur.
Selon d’autres modes de réalisation de la borne de raccordement, une surface de soudage permettant de rattacher des anodes ou des cathodes de la cellule de batterie peut être agencée sur la surface du corps de base dans la première partie. La surface de soudage peut, par exemple, présenter une surface texturée, notamment rendue rugueuse, afin d’améliorer la force de retenue du point de soudure.
Selon d’autres modes de réalisation de la borne de raccordement, la première ouverture peut être agencée entre la surface de soudage et la matière plastique. L’ouverture, par rapport à la surface de la première partie sur laquelle est agencée la surface de soudage, peut être agencée sur le même côté ou, par exemple, sur le côté opposé. Dans ce dernier cas, la borne de raccordement de l’invention pourra être de conception plus compacte.
Selon d’autres modes de réalisation de la borne de raccordement, une surface de connexion peut être agencée sur la surface du corps de base dans la deuxième partie pour permettre une mise en contact extérieure de la borne de raccordement.
L’invention décrit en outre une cellule de batterie réalisée de préférence sous la forme d’une cellule poche et dans laquelle l’anode de raccordement ou la cathode de raccordement de la cellule de batterie est conduite à l’extérieur au moyen de la borne de raccordement selon la description donnée précédemment. Si la cellule de batterie est dotée de couches actives, par exemple sous la forme d’un empilement de couches, il va de soi que plusieurs anodes ou cathodes pourront être rattachées à la borne de raccordement.
Selon d’autres modes de réalisation de la cellule de batterie, celle-ci peut en outre présenter une unité de détection conçue pour détecter une rupture (un déclenchement) du disque de rupture. Une rupture du disque est indicatrice du fait que la surpression à l’intérieur de la cellule de batterie à laquelle il appartient a dépassé une valeur limite, et a ainsi déclenché la fonction de protection anti-surpression du clapet de rupture.
Selon d’autres modes de réalisation de la cellule de batterie, l’unité de détection peut présenter, à distance du disque de rupture, un élément présentant une certaine surface et ne se trouvant pas en contact électrique avec la borne de raccordement. Ainsi, le potentiel présent sur ledit élément présentant une certaine surface se différencie du potentiel de la borne de raccordement. Ce dernier est avantageusement bien défini dans les cellules poches et différent d’un potentiel flottant (« floating potential »), qui existerait par exemple dans les boîtiers de cellules prismatiques. Lors de la rupture du disque de rupture, certaines parties du disque de rupture viennent en contact avec ledit élément présentant une certaine surface et le potentiel de ce dernier est mis au potentiel de la borne de raccordement. En d’autres termes, il se produit un court-circuit entre la borne de raccordement, qui se compose d’un matériau conducteur, et ledit élément. Cet événement peut être détecté au moyen d’un circuit de configuration appropriée. L’élément présentant une certaine surface peut par exemple consister en une fine grille.
Si un courant n’est pas souhaitable en cas de rupture (en cas de déclenchement), ledit élément présentant une certaine surface peut être pourvu d’un diélectrique, au moins sur le côté tourné vers le disque de rupture. Dans ce cas, une rupture du disque de rupture pourra être détectée de manière capacitive, car, en cas de rupture, la couche porteuse de la charge sous la forme du disque de rupture est dégradée et la capacité électrique du système constitué dudit disque de rupture et dudit élément diminue ainsi soudainement.
Il va de soi que les caractéristiques citées ci-dessus et celles qui seront explicitées ci-après ne s’appliquent pas que selon les combinaisons indiquées, mais aussi selon d’autres combinaisons ou bien seules, sans sortir du cadre de la présente invention.
D’autres avantages et configurations de l’invention ressortiront de la description ci-après et des dessins annexés.
représente une vue schématique de dessus d’un mode de réalisation d’une cellule de batterie conforme à l’invention, en l’occurrence une cellule de type poche.
représente une vue schématique en perspective d’une borne de raccordement conforme à l’invention.
représente une vue en coupe du mode de réalisation de la borne de raccordement de l’invention illustré dans la , le long de la ligne A-A.
La est une représentation schématique d’un exemple de mode de réalisation d’une cellule de batterie B conforme à l’invention, en l’occurrence une cellule de type poche. La cellule de batterie B présente une première borne de raccordement A1, laquelle peut par exemple correspondre à l’anode de la cellule de batterie B, et une deuxième borne de raccordement A2, laquelle peut correspondre à la cathode, l’affectation des bornes de raccordement A1, A2 comme anode et cathode étant arbitraire. La deuxième borne de raccordement A2 se trouve également sous la forme de la borne de raccordement 1 de l’invention, qui sera décrite dans de plus amples détails ci-après en référence aux Figures 2 et 3. La cellule de batterie B présente un cordon de scellage S périphérique qui s’étend sur trois côtés de la cellule de batterie B. Le quatrième côté est exempt de cordon de scellage, car ce côté est refermé par pliage d’un matériau pelliculaire de par sa nature ou ne présente aucune ouverture.
Un mode de réalisation de la borne de raccordement 1 de l’invention est illustré en de plus amples détails dans la . La représente l’exemple de réalisation de la borne de raccordement selon l’invention illustré dans la , vu en coupe le long de la ligne A-A présente dans la .
La borne de raccordement 1 de l’invention présente un corps de base 2 divisé essentiellement en trois parties et présentant une première partie 3 et une deuxième partie 4, une matière plastique 6 étant agencée sur la surface du corps de base 2 entre la première partie 3 et la deuxième partie 4. La matière plastique 6 définit en même temps une zone de scellement 5 agencée entre les première et deuxième parties 3, 4. Dans l’exemple illustré, la zone de scellement 5 est conçue avec une extension latérale par rapport au reste de la borne de raccordement 1. L’extension 13 représentée sur un seul côté est également prévue de l’autre côté du corps de base 2 mais est non visible du fait de la perspective. La matière plastique 6 peut de préférence être agencée sur tout l’extérieur de la zone de scellement 5, y compris l’extension 13.
Une première ouverture est agencée dans la première partie 3 du corps de base 2. De même, une deuxième ouverture 8 est agencée dans la deuxième partie 4 du corps de base 2. Un conduit intérieur 10 s’étend à l’intérieur du corps de base 2 entre la première ouverture 7 et la deuxième ouverture 8. Un disque de rupture 9 est agencé sur la deuxième ouverture 8 et obture la deuxième ouverture 8 de manière hermétique aux gaz, assurant ainsi un clapet de rupture. Des surfaces de connexion 12 sont agencées sur la surface du corps de base 2 sur la deuxième partie 4 pour permettre une mise en contact extérieure de la borne de raccordement 1, une seule surface connexion pouvant également être prévue.
La borne de raccordement 1 selon l’invention peut être employée en remplacement d’une borne de raccordement classique (voir par exemple la borne de raccordement A1 dans la ) et représente un clapet de rupture bien défini aussi bien dans l’espace que dans le temps (eu égard à la condition de déclenchement). Si la pression augmente à l’intérieur de la cellule de batterie B illustrée dans la au-dessus d’une valeur seuil correspondant à la pression de rupture du disque de rupture 9, le disque de rupture s’ouvre et le gaz peut s’échapper de l’intérieur de la cellule de batterie B. Une rupture du disque de rupture 9 peut être détectée au moyen de l’unité de détection susmentionnée, telle que ledit élément présentant une certaine surface (non explicitement représenté dans les figures) agencé au-dessus du disque de rupture 9. Cela permet de détecter précisément celle des cellules de batterie, à l’intérieur d’un module de batterie, qui a été endommagée et qui se trouve alors indisponible à la production de courant.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

Claims (10)

  1. Borne de raccordement (1) dotée d’un clapet de rupture intégré, destinée à une cellule de batterie (B) et présentant :
    un corps de base (2) présentant une première partie (3) et une deuxième partie (4), une matière plastique (6) étant agencée sur la surface dudit corps de base (2) entre ladite première partie (3) et ladite deuxième partie (4) ;
    une première ouverture (7) agencée au niveau de la première partie (3) et une deuxième ouverture (8) agencée au niveau de la deuxième partie (4) ;
    un conduit intérieur (10) s’étendant entre la première ouverture (7) et la deuxième ouverture (8) du corps de base (2) ;
    un disque de rupture (9) agencé sur la deuxième ouverture (8) et obturant celle-ci de manière hermétique aux gaz, fournissant ainsi un clapet de rupture.
  2. Borne de raccordement (1) selon la revendication 1, dans laquelle la matière plastique (6) est agencée sur tout l’extérieur du corps de base (2).
  3. Borne de raccordement selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le corps de base (2) présente, dans la zone où est appliquée la matière plastique (6), une extension (13) qui s’étend sur au moins deux côtés extérieurs opposés du corps de base (2).
  4. Borne de raccordement (1) selon la revendication 3, dans laquelle l’extension (13) est de forme trapézoïdale, vue en coupe.
  5. Borne de raccordement (1) selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle une surface de soudage (11) permettant de rattacher des anodes ou des cathodes de la cellule de batterie (B) est agencée sur la surface du corps de base (2) dans la première partie (3).
  6. Borne de raccordement (1) selon la revendication 5, dans laquelle la première ouverture (7) est agencée entre la surface de soudage (11) et la matière plastique (6).
  7. Borne de raccordement (1) selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle une surface de connexion (12) est agencée sur la surface du corps de base (2) dans la deuxième partie (4) pour permettre une mise en contact extérieure de la borne de raccordement (1).
  8. Cellule de batterie (B), réalisée de préférence sous la forme d’une cellule poche, dans laquelle l’anode de raccordement ou la cathode de raccordement de la cellule de batterie (B) est conduite à l’extérieur au moyen de la borne de raccordement (1) selon l’une des revendications 1 à 7.
  9. Cellule de batterie (B) selon la revendication 8, présentant en outre :
    une unité de détection conçue pour détecter une rupture du disque de rupture (9).
  10. Cellule de batterie (B) selon la revendication 9, dans laquelle l’unité de détection présente, à distance du disque de rupture (9), un élément présentant une certaine surface et ne se trouvant pas en contact électrique avec la borne de raccordement (1).
FR2302135A 2022-03-09 2023-03-08 Borne de raccordement dotée d’un clapet de rupture intégré, destinée à une cellule de batterie, et cellule de batterie la présentant Pending FR3133486A1 (fr)

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