FR3135566A1 - Batterie de stockage d’électricité et procédé de fabrication associé - Google Patents

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Frederic Greber
Clément VARINOT
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Faurecia Systemes dEchappement SAS
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Abstract

Batterie de stockage d’électricité et procédé de fabrication associé La batterie de stockage d’électricité (3) comprend : - au moins un ensemble (5) de cellules de stockage d’électricité (7) alignées suivant une direction principale (P), deux cellules de stockage d’électricité (7) voisines dans l’alignement ayant des grandes faces (9) en vis-à-vis séparées l’une de l’autre par un interstice (19) ; - dans chaque interstice (19), une structure de séparation (25) délimitant au moins un canal de circulation (27) d’un fluide caloporteur en contact avec chaque grande face (9) délimitant l’interstice (19) ; au moins une des structures de séparation (25) étant un sandwich compressible comprenant une plaque métallique (61) tournée vers l’une des grande faces (9) délimitant l’interstice (19) dans lequel est agencée la structure de séparation (25), une autre plaque métallique (63) tournée vers l’autre grande face (9) délimitant ledit interstice (19), et une couche (65) d’un matériau compressible interposée entre la plaque métallique (61) et l’autre plaque métallique (63). Figure pour l'abrégé : 5

Description

Batterie de stockage d’électricité et procédé de fabrication associé
La présente invention concerne en général une batterie de stockage d’électricité.
Il est possible de refroidir les cellules de stockage d’électricité d’une telle batterie par immersion dans un fluide diélectrique. La demande déposée sous le numéro FR 20 07 331 prévoit d’organiser la circulation de fluide diélectrique de manière à ce que celui-ci circule au contact des trois petites faces des cellules de stockage d’électricité. Un tel mode de refroidissement est plus performant que les systèmes de refroidissement traditionnels des batteries de stockage d’électricité. Dans ces systèmes traditionnels, le fluide caloporteur circule à l’extérieur de la batterie, au contact du fond sur lequel repose les cellules de stockage d’électricité.
Le refroidissement de la batterie de stockage d’électricité est critique pour certaines situations de vie de la batterie, notamment lors des recharges rapides. Il est donc particulièrement important d’assurer un refroidissement des cellules de stockage d’électricité le plus efficace possible.
Les cellules de stockage d’électricité, au cours d’un cycle de charge et de décharge en électricité, ont une épaisseur qui varie de manière significative. Dans un module comportant un grand nombre de cellules de stockage d’électricité juxtaposées, les cellules situées au centre du module ne se déplacent pratiquement pas. En revanche, les cellules situées aux extrémités du module se déplacent de manière significative, ce qui complique l’organisation de la circulation du fluide caloporteur.
Dans ce contexte, l’invention vise à proposer une batterie de stockage d’électricité permettant un refroidissement des cellules de stockage d’électricité qui soit performant, en prenant en compte la respiration des cellules de stockage d’électricité.
À cette fin, l’invention porte selon un premier aspect sur une batterie de stockage d’électricité, la batterie comprenant :
- au moins un ensemble de cellules de stockage d’électricité ayant chacune deux grandes faces perpendiculaires à une direction principale, les cellules de stockage d’électricité étant alignées suivant la direction principale et formant un alignement, deux cellules de stockage d’électricité voisines dans l’alignement ayant des grandes faces en vis-à-vis séparées l’une de l’autre par un interstice ;
- dans chaque interstice, une structure de séparation délimitant au moins un canal de circulation d’un fluide caloporteur en contact avec chaque grande face délimitant l’interstice;
au moins une des structures de séparation étant un sandwich compressible comprenant une plaque métallique tournée vers l’une des grande faces délimitant l’interstice dans lequel est agencée la structure de séparation, une autre plaque métallique tournée vers l’autre grande face délimitant ledit interstice, et une couche d’un matériau compressible interposée entre la plaque métallique et l’autre plaque métallique.
Ainsi, le fluide caloporteur circule au contact des grandes faces des cellules de stockage d’électricité.
Ceci permet d’assurer un refroidissement particulièrement efficace des cellules de stockage d’électricité.
En effet, les cellules comportent plusieurs enroulements agencés à l’intérieur de l’enveloppe de la cellule, désignés fréquemment par le nom anglo-saxon de « jelly roll ». Chaque enroulement est constitué d’une cathode et d’une anode, séparées par un séparateur contenant un électrolyte. L’anode et la cathode sont enroulées en une forme de spirale aplatie. Les enroulements sont en contact avec presque toute la surface des grandes faces de la cellule. Ils sont également en contact avec le fond de la cellule. Lors de la charge et de la décharge de la cellule de stockage d’électricité, les enroulements chauffent les grandes faces de la cellule. La stratégie la plus efficace pour refroidir les cellules de stockage d’électricité consiste donc à faire circuler le fluide caloporteur au contact de ces grandes faces.
Le fait qu’une des structures de séparation au moins soit un sandwich compressible permet de limiter le déplacement des cellules suivant la direction principale, dû à la respiration de ces cellules. Ceci facilite l’agencement de l’ensemble de cellules de stockage d’électricité dans la batterie, et notamment son blocage en position à l’intérieur de la batterie. Ceci est effectué sans perturber le refroidissement des cellules, du fait que la couche de matériau compressible est agencée entre la plaque métallique et l’autre plaque métallique. Le fluide caloporteur circule entre les plaques métalliques et les grandes faces délimitant l’interstice dans lequel est agencé le sandwich compressible.
La batterie de stockage d’électricité peut en outre représenter un ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- chacune des structures de séparation est un sandwich compressible ;
- chaque cellule de stockage d’électricité présente des contacts électriques, les contacts électriques respectifs des cellules de stockage d’électricité étant raccordés les uns aux autres par au moins un busbar rigide allongé suivant la direction principale et dépourvu d’élément permettant une flexibilité suivant la direction principale ;
-l’alignement est divisé en une pluralité de blocs de cellules de stockage d’électricité successives, chaque bloc comprenant un nombre déterminé de cellules de stockage d’électricité compris entre 2 et 8, la ou chaque structure de séparation au sein d’un même bloc étant incompressible, la structure de séparation agencée dans le ou chaque interstice séparant les blocs les uns des autres étant un sandwich compressible;
-la batterie comporte, pour chaque ensemble de cellules de stockage d’électricité, deux renforts latéraux s’étendant selon la direction principale et écartés l’un de l’autre suivant une direction secondaire, sensiblement perpendiculaire à la direction principale, les renforts latéraux délimitant entre eux un compartiment, ledit ensemble de cellules de stockage d’électricité étant disposé dans le compartiment avec un espace entre l’ensemble de cellules de stockage d’électricité et chaque renfort latéral, une résine adhésive remplissant l’espace et solidarisant de manière adhésive les cellules de stockage d’électricité aux renforts latéraux ;
-chaque cellule de stockage d’électricité, au cours d’un cycle de charge/décharge électrique, présente une variation d’épaisseur selon la direction principale, chaque couche de résine présentant, selon la direction secondaire, une épaisseur Ep comprise entre E1 et E2, avec
n étant le nombre de cellules de stockage d’électricité dans un bloc;
ρ étant une élasticité de la résine, l’élasticité ρ étant déterminé selon l’équation suivante :
ρ = 1 + α
où α est l’allongement maximum de la résine exprimée en % ;
E2 = 1,5 x E1 ;
-le matériau compressible est une mousse à cellules ouvertes ;
-la plaque métallique et l’autre plaque métallique comportent des reliefs en vis-à-vis et en saillie l’un vers l’autre, la batterie comprenant une mesure d’une résistance électrique entre la plaque métallique et l’autre plaque métallique ;
-la batterie comporte un circuit de refroidissement des cellules de stockage d’électricité, avec une partie de distribution de fluide caloporteur dans les canaux de circulation de toutes les structures de séparation, et une partie d’évacuation du fluide caloporteur sortant des canaux de circulation de toutes les structures de séparation, le fluide caloporteur étant un fluide diélectrique, les cellules de stockage d’électricité ayant des contacts électriques en contact direct avec le fluide caloporteur.
Selon un second aspect, l’invention porte sur un procédé de fabrication d’une batterie de stockage d’électricité ayant les caractéristiques ci-dessus, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- obtention de la plaque métallique et de l’autre plaque métallique;
- formation d’un sandwich par polymérisation du matériau compressible entre la plaque métallique et l’autre plaque métallique;
- insertion du sandwich entre deux des cellules de stockage d’électricité.
Selon un troisième aspect, l’invention porte sur un véhicule automobile comportant une batterie de stockage d’électricité ayant les caractéristiques ci-dessus.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, parmi lesquelles :
- La est une représentation schématique simplifiée d’un véhicule automobile équipé d’une batterie de stockage d’électricité selon l’invention ;
- La est une vue en perspective du fond de la batterie de stockage d’électricité de la , d’une partie d’un module et du compartiment prévu pour la réception de ce module à l’intérieur de la batterie, l’un des renforts délimitant le compartiment n’étant pas représenté pour laisser apparaitre plus clairement les cellules, le circuit de refroidissement des cellules de stockage d’électricité étant représenté schématiquement sur cette figure ;
- La est une vue similaire à celle de la , tous les modules et tous les compartiments étant représentés ;
- La est une vue en section, perpendiculairement à la direction principale, d’un module inséré dans le compartiment correspondant, prise selon l’incidence des flèches IV de la ;
- La est une représentation schématique simplifiée, en vue de dessus, d’une structure de séparation de type sandwich compressible, intercalée entre deux cellules de stockage d’électricité ;
- La est une vue de dessus, schématique, d’un module appartenant à une batterie selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
- La est une vue similaire à celle de la , pour une batterie conforme à un second mode de réalisation de l’invention ;
- La est une vue en perspective, éclatée, illustrant une structure de séparation incompressible intercalée entre deux cellules de stockage d’électricité d’un bloc du module de la ;
- La est une vue agrandie d’un détail de la , montrant un bloc de trois cellules à l’état non expansé ;
- La est une vue similaire à celle de la , montrant les cellules du bloc à l’état expansé ;
- La est une représentation schématique de la couche de résine des figures 9 et 10, montrant l’allongement de la résine quand le bloc de cellules passe de son état non expansé à l’état expansé ; et
- La est une vue de dessus similaire à celle de la , illustrant une variante de réalisation de l’invention.
Le véhicule 1 représenté sur la est équipé d’une batterie de stockage d’électricité 3.
Ce véhicule 1 est typiquement un véhicule automobile, par exemple une voiture, un bus, un camion, etc.
Ce véhicule est par exemple un véhicule propulsé exclusivement par un moteur électrique, le moteur étant alimenté électriquement par la batterie de stockage d’électricité 3. En variante, le véhicule est de type hybride et comporte ainsi un moteur thermique et un moteur électrique alimenté électriquement par la batterie électrique. Selon encore une autre variante, le véhicule est propulsé par un moteur thermique, la batterie électrique étant prévue pour alimenter électriquement d’autres équipements du véhicule, par exemple le démarreur, les feux, etc…
La batterie de stockage d’électricité 3 comprend, comme visible sur les figures 2 à 4, au moins un ensemble 5 de cellules de stockage d’électricité 7.
Chaque cellule de stockage d’électricité 7 présente deux grandes faces 9 perpendiculaires à une direction principale P ( ).
Chaque cellule de stockage d’électricité 7 présente une face inférieure 11 ( ) raccordant les deux grandes faces 9 l’une à l’autre.
Chaque cellule de stockage d’électricité 7 présente typiquement en outre une face supérieure 13, raccordant les deux grandes faces 9 l’une à l’autre, opposée à la face inférieure 11. La face supérieure 13 porte des contacts électriques 15.
La cellule de stockage d’électricité 7 présente encore deux faces latérales 17, raccordant les deux grandes faces 9 l’une à l’autre. Les deux faces latérales 17 sont opposées l’une à l’autre.
Typiquement, les cellules de stockage d’électricité 7 sont de forme prismatique, les faces latérales 17 étant perpendiculaires aux grandes faces 9 et aux faces inférieure et supérieure 11, 13. Les faces inférieures et supérieures 11, 13 sont perpendiculaires aux grandes faces 9.
Les faces inférieure et supérieure 11, 13 sont perpendiculaires à une direction d’élévation E matérialisée sur les figures 2 à 4. Les faces latérales 17 sont perpendiculaires à une direction secondaire S matérialisée sur les figures 2 à 8.
La direction d’élévation E, la direction secondaire S et la direction principale P sont perpendiculaires entre elles.
La direction d’élévation E est généralement perpendiculaire au plan de roulement du véhicule 1 quand la batterie 3 est montée à bord de celui-ci.
Le dessus, le dessous, la hauteur, les côtés supérieur et inférieur s’entendent selon la direction d’élévation E dans la présente description.
Les cellules de stockage d’électricité 7 de l’au moins un ensemble 5 sont alignées suivant la direction principale P et constituent un alignement.
Deux cellules de stockage d’électricité 7 voisines dans l’alignement ont des grandes faces 9 en vis-à-vis, séparées l’une de l’autre par un interstice 19.
En d’autres termes, chaque interstice 19 est délimité suivant la direction principale P par les grandes faces 9 des deux cellules de stockage d’électricité 7 qui l’encadrent.
Chaque interstice 19 s’étend sensiblement dans un plan perpendiculaire à la direction principale P.
Les faces supérieures 13 portant les contacts électriques 15 sont tournées du même côté et sont alignées suivant la direction principale P (figures 2, 3, 6 et 7).
Les contacts électriques 15 des différentes cellules de stockage d’électricité 7 d’un même ensemble 5 sont raccordées électriquement les unes aux autres, de manière à placer les cellules de stockage d’électricité 7 en séries et/ou en parallèle. Les connecteurs 20 permettant de raccorder les contacts électriques 15 des cellules de stockage d’électricité 7 sont également appelés busbar. Un agencement particulier des connecteurs 20 est illustré sur la .
Chaque ensemble 5 présente donc la forme générale d’un bloc parallélépipédique, ayant une forme allongée suivant la direction principale P.
Comme visible sur la , la batterie de stockage d’électricité 3 comporte typiquement plusieurs ensembles 5 de cellules de stockage d’électricité 7.
Ces ensembles 5 sont également couramment appelés modules.
Le nombre d’ensembles 5 est fonction de la capacité de stockage d’électricité de la batterie 3. Dans l’exemple représenté sur les figures 2 et 3, la batterie 3 comprend huit ensembles 5, chaque ensemble 5 comportant vingt-quatre cellules de stockage d’électricité 7. En variante, la batterie 3 comporte moins de huit modules ou plus de huit modules. Chaque module peut comporter moins de vingt-quatre cellules de stockage d’électricité 7 ou plus de vingt-quatre cellules de stockage d’électricité 7.
Dans l’exemple représenté, les ensembles 5 sont agencés côte à côte suivant la direction secondaire S, et sont tous parallèles les uns aux autres.
Toutefois, d’autres configurations sont possibles. Par exemple, les ensembles 5 pourraient être agencés sur une grille, chaque ligne de la grille comportant plusieurs ensembles 5 placés dans le prolongement les uns des autres suivant la direction principale P, les lignes de la grille étant juxtaposées suivant la direction secondaire S.
Comme visible nettement sur les figures 1 à 4 et 8, la batterie de stockage d’électricité 3 comporte encore un fond 21. Le fond 21 dans l’exemple représenté se présente sous la forme d’une plaque sensiblement plane.
Le fond 21 s’étend sous les cellules de stockage d’électricité 7, en vis-à-vis des faces inférieures 11 des cellules de stockage d’électricité 7.
Le fond 21 est sensiblement perpendiculaire à la direction d’élévation E.
La batterie de stockage d’électricité 3 comporte encore un couvercle 23, visible sur la , le fond 21 et le couvercle 23 formant ensemble une enveloppe externe de la batterie 3.
Le fond 21 et le couvercle 23 délimitent ensemble un volume interne dans lequel sont logés les ensembles 5 de cellules de stockage d’électricité 7.
La batterie de stockage d’électricité 3 comporte encore, dans chaque interstice 19, une structure de séparation 25 délimitant au moins un canal de circulation 27 d’un fluide caloporteur en contact avec chaque grande face 9 délimitant ledit interstice 19.
Au moins une des structures de séparation 25 est un sandwich compressible illustré sur la .
Le sandwich compressible comprend une plaque métallique 61 tournée vers l’une des grande faces 9 délimitant l’interstice 19 dans lequel est agencée la structure de séparation 25, une autre plaque métallique 63 tournée vers l’autre grande face 9 délimitant ledit interstice 25, et une couche 65 d’un matériau compressible interposée entre la plaque métallique 61 et l’autre plaque métallique 63.
Une couche intermédiaire 67 est agencée entre la plaque métallique 61 et la grande face 9 en vis-à-vis de la plaque métallique 61. Elle délimite un ou plusieurs canaux de circulation 27 pour le fluide caloporteur, directement au contact de ladite grande face 9.
Une autre couche intermédiaire 69 est agencée entre l’autre plaque métallique 63 et l’autre grande face 9, située en vis-à-vis de l’autre plaque métallique 63. Elle délimite un ou plusieurs canaux de circulation 27 pour le fluide caloporteur, directement au contact de ladite autre grande face 9.
La plaque métallique 61 et l’autre plaque métallique 63 présentent sensiblement la même taille que les grandes faces 9. Les plaques 61 et 63 sont parallèles l’une à l’autre. Elles sont perpendiculaires à la direction principale P.
La plaque métallique 61 et l’autre plaque métallique 63 sont de préférence en un acier. Elles présentent une faible épaisseur, typiquement comprise entre 0,05 et 1 millimètre, de préférence comprise entre 0,075 et 0,3 millimètre et valant par exemple 0,1 millimètre.
Le matériau compressible est de préférence une mousse à cellules ouvertes. Par exemple, c’est une mousse de polyuréthanne de densité comprise entre 40 et 100 kg par m3, typiquement d’environ 50 kg par m3.
L’épaisseur de la couche de matériau compressible 65 est de préférence comprise entre 1 et 8 millimètres, encore de préférence comprise entre 3 et 6 millimètres, et vaut par exemple environ 4 millimètres.
La couche de matériau compressible 65 remplit tout l’espace entre la plaque métallique 61 et l’autre plaque métallique 63.
La couche intermédiaire 67 comprend plusieurs séparations 71, délimitant entre elles le ou les canaux de circulation 27.
Les séparations 71 s’étendent chacune sur toute la hauteur de l’interstice 19, depuis les faces inférieures 11 jusqu’aux faces supérieures 13 des cellules de stockage d’électricité 7 encadrant l’interstice 19.
Les canaux de circulation 27 s’étendent eux aussi sur toute la hauteur de l’interstice 19 et débouchent à la fois au niveau des faces inférieures 11 et des faces supérieures 13 des deux cellules de stockage d’électricité 7 encadrant l’interstice 19.
Les séparations 71 sont continues, de telle sorte que les canaux de circulation 27 ne communiquent pas entre eux.
Les séparations 71 sont avantageusement des bandes de matière plastique en appui d’un côté sur la plaque métallique 61 et de l’autre sur la grande face 9 en vis-à-vis.
Chaque séparation 71 est par exemple en polyuréthane, ou en polyamide, ou en polyéthylène, ou en polypropylène, ou en tout autre matière adaptée.
Les séparations 71 sont par exemple collées sur la plaque métallique 61 et sont simplement pressées, sans être collées, contre la grande face 9.
Les séparations 71 présentent, selon la direction principale P, une épaisseur aussi réduite que possible, pour ne pas augmenter excessivement la longueur de l’ensemble 5 suivant la direction principale P.
Par exemple, les séparations 71 ont une épaisseur de 1 millimètre.
Dans l’exemple représenté, les séparations 71 sont toutes identiques les unes aux autres. Elles sont rectilignes et parallèles les unes aux autres. Elles s’étendent selon la direction d’élévation E. Le ou les canaux de circulation 27 sont eux aussi rectilignes et s’étendent selon la direction d’élévation E.
En variante, les séparations 71 sont en forme de peignes et délimitent entre elles un ou plusieurs canaux de circulation 27 sinueux.
L’autre couche intermédiaire 69 a la même structure que la couche intermédiaire 67. Elle ne sera pas décrite en détail ici.
Les couches intermédiaires 67 et 69 sont non compressibles, au sens où leur épaisseur est sensiblement constante en dépit de la pression résultant de la respiration des cellules de stockage d’électricité 7.
Selon un premier mode de réalisation de l’invention, illustré sur la , chacune des structures de séparation 25 est un sandwich compressible.
En d’autres termes, chaque interstice 19 est occupé par une structure de séparation 25 de type sandwich compressible.
Deux cellules de stockage d’électricité 7 consécutives d’alignement sont toujours séparées par une structure de séparation 25 de type sandwich compressible.
Cette structure est du type décrit plus haut.
Comme expliqué précédemment, l’épaisseur de chaque cellule de stockage d’électricité 7 selon la direction principale P varie au cours d’un cycle de charge et de décharge électrique.
La cellule de stockage 7 a une épaisseur selon la direction principale P qui augmente quand elle se charge, et qui diminue quand elle se décharge. L’épaisseur est prise entre les deux points des grandes faces 9 les plus écartés l’un de l’autre.
Dans le premier mode de réalisation, l’encombrement total de l’alignement de cellules de stockage d’électricité varie peu au cours d’un cycle de charge/décharge électrique des cellules de stockage d’électricité 7.
Les variations d’épaisseur de chaque cellule de stockage d’électricité 7 sont absorbées par les couches de matériaux compressibles 65 intégrées dans les structures de séparation 25 séparant les cellules de stockage d’électricité 7 les unes des autres.
Quand une cellule de stockage d’électricité 7 gonfle, ceci se traduit par une compression des couches de matériaux compressibles 65 de part et d’autre de cette cellule de stockage d’électricité 7.
Ainsi, au cours d’un cycle de charge/décharge électrique, les positions des cellules de stockage d’électricité 7 selon la direction principale P varient très peu, voire ne varient pas du tout.
En conséquence, il est possible d’utiliser des busbars 20 rigides pour raccorder les uns aux autres les contacts électriques 15 respectifs des cellules de stockage d’électricité 7.
Chaque busbar 20 est une plaque rigide, sensiblement plate, faite d’un métal conducteur tel que de l’aluminium ou du cuivre. Chaque plaque est soudée sur deux contacts électriques 15 et ses dimensions sont données par la quantité de courant le traversant.
Le busbar 20 est fait d’un seul élément conducteur, typiquement en aluminium ou en cuivre, monobloc, d’une épaisseur supérieure ou égale à un millimètre.
Chaque busbar 20 est allongé suivant la direction principale P. Il ne comprend pas d’élément pouvant lui donner de la souplesse suivant la direction principale P, tel qu’une tresse, une forme ondulée ou un ensemble de fines lamelles superposées. Il n’a pas besoin d’adaptations coûteuses lui donnant de la souplesse.
Comme visible sur la , chaque cellule de stockage d’électricité 7 présente deux contacts électriques 15. Les contacts électriques 15 des cellules de stockage d’électricité 7 de l’ensemble 5 forment deux lignes, parallèles à la direction principale P.
Les contacts électriques 15 de la première ligne sont connectés deux à deux par des busbars 20.
Les contacts électriques 15 de la seconde ligne sont connectés deux à deux par d’autres busbars 20.
Un tel agencement est commode et économique.
Dans le cas d’un montage exclusivement en parallèle, chacun des busbars 20 connecte le pôle positif d’une cellule de stockage d’électricité 7 au pôle négatif de la cellule de stockage d’électricité 7 suivante.
La batterie de stockage d’électricité 3 comprend encore un circuit 31 de refroidissement des cellules de stockage d’électricité 7.
Ce circuit est représenté de manière schématique sur les figures 2 et 3.
Le circuit de refroidissement 31 comprend une partie 32 de distribution de fluide caloporteur dans les canaux de circulation 27 de toutes les structures de séparation 25.
La partie de distribution 32 comporte un collecteur amont 33 et une pluralité de canaux de distribution 35 raccordés fluidiquement au collecteur amont 33.
Le circuit de refroidissement 31 comprend un jeu de canaux de distribution 35 pour chaque ensemble 5 de cellules de stockage d’électricité 7.
Pour chaque ensemble 5 de cellules de stockage d’électricité 7, les canaux de distribution 35 s’étendent selon la direction principale P et sont ménagés entre le fond 21 et les faces inférieures 11 des cellules de stockage d’électricité 7 (voir ). Les canaux de distribution 35 distribuent le fluide caloporteur dans les canaux de circulation 27 de tous les interstices 19 dudit ensemble 5.
Le circuit de refroidissement 31 comporte encore une partie 36 d’évacuation du fluide caloporteur sortant des canaux de circulation 27 de toutes les structures de séparation 25.
La partie 36 d’évacuation comporte un collecteur aval 37 et, pour chaque ensemble 5, un sous-collecteur 39 de collecte du fluide caloporteur, raccordé fluidiquement au collecteur aval 37. Les canaux de circulation 27 de tous les interstices 19 d’un même ensemble 5 débouchent dans le sous-collecteur 39 associé audit ensemble 5.
Les sous-collecteurs 39 de tous les ensembles 5 sont raccordés en parallèle au collecteur aval 37.
Les sous-collecteurs 39 s’étendent suivant la direction principale P, au-dessus des faces supérieures 13.
Le collecteur amont 33 et le collecteur aval 37 sont ménagés le long de deux bords opposés du fond 21.
Ils s’étendent l’un et l’autre suivant la direction secondaire S.
Selon un exemple de réalisation, le collecteur amont 33 est raccordé fluidiquement à une entrée 41 de fluide caloporteur dans la batterie 3, et le collecteur aval 37 est raccordé fluidiquement à une sortie de fluide caloporteur 43 hors de la batterie 3.
L’entrée 41 et la sortie 43 de fluide caloporteur sont prévues pour être raccordées à un circuit de refroidissement embarqué à bord du véhicule 1, comportant typiquement un organe de circulation du fluide caloporteur et un échangeur de chaleur. L’échangeur de chaleur est prévu pour évacuer la chaleur générée par la batterie de stockage d’électricité 3. L’organe de circulation met en mouvement le fluide caloporteur. Son refoulement est raccordé fluidiquement à l’entrée 41, et son aspiration à la sortie 43.
En variante, l’échangeur de chaleur et l’organe de circulation sont intégrés dans la batterie de stockage d’électricité 3. Dans ce cas, le collecteur aval 37 est raccordé fluidiquement à une entrée de l’échangeur de chaleur, le collecteur amont 33 étant raccordé fluidiquement au refoulement de l’organe de circulation. L’aspiration de l’organe de circulation est raccordée à la sortie de l’échangeur de chaleur.
Le fluide caloporteur est typiquement un liquide diélectrique, par exemple une huile. En variante, le fluide caloporteur est un gaz.
Comme visible sur la , la batterie de stockage d’électricité 3 comprend avantageusement une structure entretoise 45 posée sur le fond 21. La structure entretoise 45 comprend une pluralité de profils 47, 49 s’étendant suivant la direction principale P, les profils 47, 49 délimitant entre eux les canaux de distribution 35.
Chaque canal de distribution 35 s’étend sensiblement sur toute la longueur de l’ensemble 5, selon la direction principale P.
Chaque canal de distribution 35 alimente deux canaux de circulation 27 de chaque interstice 19 de l’ensemble 5, l’un appartenant à la couche intermédiaire 67 et l’autre à l’autre couche intermédiaire 69.
La structure entretoise 45 compte autant de profils 47, 49 qu’il y a de séparations 71 dans chaque interstice 19.
Les profils 47 sont placés, suivant la direction principale P, en coïncidence avec les séparations 71. En d’autres termes, les profils 47, 49 présentent sensiblement la même largeur, suivant la direction S, que les séparations 71, et présentent le même écartement entre eux que les séparations 71.
Seuls les profils 49, situés sur les deux côtés de la structure entretoise 45, ont une forme différente, qui sera décrite plus loin. Ces profils 49 sont appelés ici profils latéraux 49, les autres profils étant appelés profils centraux 47.
Ainsi, chaque veine de fluide caloporteur circulant à partir du collecteur amont 33 jusqu’au collecteur aval 37 suit un parcours de même longueur. On évite ainsi de créer des zones de circulation préférentielles à l’intérieur de la batterie 3, le fluide caloporteur étant distribué de manière uniforme entre les différents ensembles 5, et au sein d’un même ensemble 5 entre les différents interstices 19, et dans chaque interstice 19 entre les différents canaux de circulation 27.
Les canaux de distribution 35 sont fermés d’un côté par le fond 21. Ils sont ouverts à l’opposé du fond 21.
Les cellules de stockage d’électricité 7 reposent sur la structure entretoise 45, et plus précisément sur les profils 47, 49. Les arêtes 50 des cellules de stockage d’électricité 7 reposent sur les profils latéraux 49. Les arêtes 50 s’étendent à la jonction entre les faces latérales 17 et la face inférieure 11. Elles sont arrondies, comme visible sur la .
Les canaux de circulation 27 de chaque interstice 19 sont placés chacun en coïncidence avec l’un des canaux de distribution 35 et débouchent dans celui-ci par leurs extrémités inférieures.
Les canaux de distribution 35 sont raccordés par une première extrémité au collecteur amont 33. Ils sont fermés à leurs secondes extrémités. Les première et seconde extrémités sont opposées suivant la direction principale P.
Comme visible sur la , les profils latéraux 49 situés des deux côtés de la structure entretoise 45 présentent, suivant la direction d’élévation E, une hauteur plus grande que les profils centraux 47, situés entre les profils latéraux 49.
Les profils centraux 47 présentent tous la même hauteur.
Par ailleurs, les profils 47, 49 sont en une matière plastique déformable, par exemple du polyuréthane ou possiblement du polypropylène expansé ou non.
Cette matière plastique est assez rigide pour supporter la masse des cellules de stockage d’électricité 7, mais assez souple pour que, lorsque les cellules 7 sont posées sur les profils 47, 49, les profils latéraux 49 épousent la forme des arêtes 50 des cellules de stockage d’électricité 7. Une étanchéité au fluide caloporteur est ainsi créée le long des arêtes 50.
Les profils 47, 49 sont raccordés les uns aux autres par des barrettes disposées dans les canaux de distribution 35. Ces barrettes ne sont pas représentées.
Avantageusement, la structure entretoise 45 est venue de matière, par exemple venue de moulage ou d’injection.
La batterie de stockage d’électricité 3 comporte encore, pour le ou chaque ensemble 5 de cellules de stockage d’électricité 7, deux renforts latéraux 51 s’étendant selon la direction principale P et écartés l’un de l’autre suivant la direction secondaire S.
Les renforts latéraux 51 délimitant entre eux un compartiment 53. Ledit ensemble 5 est disposé dans le compartiment 53, avec un espace 55 entre l’ensemble 5 et chaque renfort latéral 51.
Sur la , seul l’un des renforts 51 a été représenté.
La batterie 3 comporte en outre, pour le ou chaque ensemble 5, deux renforts d’extrémité 57, visibles sur la , délimitant le compartiment 53 à ses deux extrémités selon la direction principale P.
Les renforts latéraux 51 sont parallèles l’un à l’autre et sont perpendiculaires à la direction secondaire S. Les renforts d’extrémité 57 sont parallèles l’un à l’autre et perpendiculaires à la direction principale P.
Les renforts latéraux 51 sont rigidement fixés au fond 21.
De même, les renforts d’extrémité 57 sont rigidement fixés au fond 21, et sont de préférence rigidement fixés aux renforts latéraux 51.
Les renforts latéraux 51 sont des plaques métalliques, comportant de préférence des orifices 58. Ils s’étendent sur toute la longueur de l’ensemble 5 et se prolongent légèrement au-delà de celui-ci.
De même, les renforts d’extrémité 57 sont des plaques métalliques, s’étendant sur toute la largeur de l’ensemble 5 et se prolongeant légèrement au-delà de celui-ci.
Des orifices non représentés sont ménagés le long du bord inférieur de l’un des renforts d’extrémité 57, de manière à permettre la communication entre les canaux de distribution 35 et le collecteur amont 33.
Comme visible sur la , les espaces 55 sont fermés vers le bas, c’est-à-dire vers le fond 21, par les profils latéraux 49. Ces profils latéraux 49 sont en appui d’un côté contre les renforts latéraux 51, et de l’autre côté contre l’arête 50 de chaque cellule de stockage d’électricité 7.
Par ailleurs, comme visible sur la , une séparation 71 est placée des deux côtés de l’interstice 19, le long de l’arête raccordant chaque face latérale 17 à la grande face 9. Ces séparations 71 isolent l’interstice 19 de l’espace 55.
Avantageusement, et comme visible sur la , une résine adhésive 56 remplit chaque espace 55, et solidarise de manière adhésive les cellules de stockage d’électricité 7 à chaque renfort latéral 51.
En effet, chaque espace 55 s’étend de manière continue sur toute la longueur du compartiment 53, cette longueur étant prise suivant la direction principale P.
La résine adhésive 56 solidarise donc les faces latérales 17 de chaque cellule de stockage d’électricité 7 aux renforts latéraux 51 situés en vis-à-vis, de manière adhésive.
Cette résine adhésive 56 est avantageusement un polymère élastique, typiquement du polyuréthane.
Elle est typiquement coulée dans chaque espace 55. Une fois polymérisée, elle est assez résistante pour maintenir les cellules de stockage d’électricité 7 en place.
Elle permet une adhésion entre 2 et 25 MPa, de préférence entre 3 et 10 MPa et encore plus préférentiellement environ 5 MPa.
La résine adhésive élastique 56 remplit entièrement chaque espace 55.
La résine adhésive 56 permet ainsi de rendre la batterie 3 globalement plus rigide et d’assurer un maintien suffisant des cellules de stockage d’électricité 7, quelles que soient les situations de vie du véhicule 1, et ce dans toutes les directions, que ce soit suivant la direction d’élévation E, la direction principale P, ou la direction secondaire S.
Comme visible sur les figures 2 à 4, les renforts latéraux 51 sont typiquement communs à deux compartiments 53 disposés côte à côte. En d’autres termes, un renfort latéral 51 donné délimite deux compartiments 53, disposés des deux côtés opposés de ce renfort latéral 51.
Dans ce cas, une couche de résine adhésive 56 est disposée entre le renfort latéral 51 et l’ensemble 5 disposé dans le premier compartiment 53, et une autre couche de résine adhésive 56 est disposée entre le renfort latéral 51 et l’ensemble 5 disposé dans l’autre compartiment 53. Les couches de résine adhésive 56 disposées de part et d’autre du renfort latéral 51 se rejoignent à travers les orifices 58 ménagés dans le renfort latéral 51, ce qui contribue à renforcer la rigidité de la batterie 3, et permet de faciliter l’écoulement de la résine adhésive 56 avant sa polymérisation.
La circulation du fluide caloporteur dans la batterie 3 va maintenant être décrite.
Le fluide caloporteur circule d’abord dans le collecteur amont 33.
Typiquement, le collecteur amont 33 est alimenté par l’entrée de fluide caloporteur 41.
A partir du collecteur amont 33, le fluide caloporteur s’écoule dans les canaux de distribution 35 desservant chaque ensemble 5 de cellules de stockage d’électricité 7.
Il s’écoule sous les cellules de stockage d’électricité 7 de cet ensemble 5, le long de chaque canal de distribution 35. A partir de chaque canal de distribution 35, il est distribué dans deux canaux de circulation 27 de chaque interstice 19, l’un appartenant à la couche intermédiaire 67 et l’autre à l’autre couche intermédiaire 69 de l’ensemble de séparation 25 correspondant.
Du fait que chaque canal de distribution 35 est fermé à son extrémité opposée au collecteur amont 33, le fluide est forcé de se répartir entièrement dans les canaux de circulation 27 desservis par le canal de distribution 35.
Le fluide caloporteur, dans les canaux de circulation 27, circule en contact avec les grandes faces 9 délimitant l’interstice 19.
A l’extrémité du canal de circulation 27, le fluide est collecté par le sous-collecteur 39, et est canalisé par ce sous-collecteur 39 jusqu’au collecteur aval 37.
Typiquement, le collecteur aval 37 canalise le fluide caloporteur jusqu’à l’orifice de sortie 43.
Un second mode de réalisation de l’invention va maintenant être décrit, en référence aux figures 7 à 11. Seuls les points par lesquels ce second mode de réalisation diffère du premier seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant la même fonction seront désignés par les mêmes références dans les deux modes de réalisation.
Dans le second mode de réalisation, l’alignement 5 est divisé en une pluralité de blocs 73 de cellules de stockage d’électricité 7 successives.
Chaque bloc 73 comprend un nombre déterminé de cellules de stockage d’électricité 7, compris entre 2 et 8, typiquement compris entre 3 et 5.
Au sein d’un même bloc 73, la ou chaque structure de séparation 25 séparant les cellules de stockage d’électricité 7 les unes des autres est incompressible.
Au contraire, la structure de séparation 25 agencée dans le ou chaque interstice 19 séparant les blocs 73 les uns des autres est un sandwich compressible.
Dans l’exemple représenté sur la , chaque bloc 73 comprend trois cellules de stockage d’électricité 7. L’alignement 5 comprend huit bloc 73s.
Toutefois, le nombre de cellules de stockage d’électricité 7 dans chaque bloc 73 et le nombre de blocs 73 peut être différent.
Les structures de séparation 25 séparant les blocs 73 les uns des autres sont des sandwichs compressibles du type décrit en référence au premier mode de réalisation.
La structure de séparation 25 séparant les cellules de stockage d’électricité 7 d’un même bloc 73 est incompressible au sens où son épaisseur prise suivant la direction principale P n’est pas significativement modifiée sous l’effet de la respiration des cellules de stockage d’électricité 7, c’est-à-dire du gonflement et du dégonflement résultant des cycles de charge et décharge électrique des cellules de stockage d’électricité 7.
Une structure de séparation 25 de type incompressible est représentée sur la .
La structure de séparation 25 de type incompressible comprend une cloison 75 parallèle aux deux grandes faces 9 délimitant l’interstice 19 dans lequel est agencée la structure de séparation 25.
La cloison 75 présente sensiblement la même taille que les grandes faces 9 et est placée en vis-à-vis de celles-ci. Elle est disposée perpendiculairement à la direction principale P.
La cloison 75 est avantageusement une tôle métallique, typiquement en un acier.
La cloison 75 présente une épaisseur comprise entre 0,05 mm et 1 mm, de préférence comprise entre 0,075 mm et 0,3 mm, et valant typiquement 0,1 mm.
La structure de séparation 25 de type incompressible comprend une couche intermédiaire 77 agencée entre la cloison 75 et l’une des grandes faces 9 en vis-à-vis. Elle délimite un ou plusieurs canaux de circulation 27 pour le fluide caloporteur, directement au contact de ladite grande face 9.
La structure de séparation 25 de type incompressible comprend encore une autre couche intermédiaire 79 agencée entre la cloison 75 et l’autre grande face 9. Elle délimite un ou plusieurs canaux de circulation 27 pour le fluide caloporteur, directement au contact de ladite autre grande face 9.
La couche intermédiaire 77 comprend plusieurs séparations 81, délimitant entre elles le ou les canaux de circulation 27.
La couche intermédiaire 77 est de préférence identique à la couche intermédiaire 67 de la structure de séparation 25 de type sandwich. Les séparations 81 sont identiques aux séparations 71. Elles sont agencées de la même façon, et présentent entre elles le même écartement selon la direction secondaire S.
L’autre couche intermédiaire 79 comprend plusieurs séparations 81, délimitant entre elles le ou les canaux de circulation 27.
L’autre couche intermédiaire 79 est de préférence identique à l’autre couche intermédiaire 69 de la structure de séparation 25 de type sandwich. Les séparations 81 sont identiques aux séparations 71. Elles sont agencées de la même façon, et présentent entre elles le même écartement selon la direction secondaire S.
Chaque séparation 81 est en appui d’un côté sur la cloison 75 et de l’autre côté sur une des deux grandes faces 9.
Typiquement, les séparations 81 sont solidaires de la cloison 75 et sont simplement en appui sur les grandes faces 9.
L’épaisseur Ep de la couche de résine adhésive 56 agencée de part et d’autre des blocs 73 est choisie de manière à ce que, compte tenu de sa capacité d’allongement maximum, la résine ne soit pas déchirée sous l’effet de la respiration des cellules de stockage d’électricité 7.
La est un zoom illustrant une partie d’un bloc 73 de cellules de stockage d’électricité 7, en l’absence de gonflage. Chaque cellule de stockage d’électricité 7 présente une largeur l. Cette largeur l est prise suivant la direction principale P, entre les deux grandes faces 9 de la cellule de stockage d’électricité 7.
La représente le même bloc 73, quand les cellules de stockage d’électricité 7 sont gonflées au maximum, c’est-à-dire présentent chacune une largeur l+d. La cellule de stockage d’électricité 7 située au centre du bloc 73 est sensiblement dans la même position sur la et sur la .
Au contraire, les grandes faces 9 des cellules de stockage d’électricité 7 situées aux deux extrémités du bloc 73 sont décalées, suivant la direction principale P d’une distance n.d/2, où n est le nombre de cellules de stockage d’électricité 7 dans le bloc 73.
Comme illustré sur la , la résine adhésive 56 située au droit de la grande face 9 est soumise à une certaine élongation, du fait du déplacement de la grande face 9.
La tranche de résine adhésive 56 située dans le plan de la grande face 9 sur la présente suivant la direction secondaire S une longueur Ep. Après déplacement de la grande face 9, cette tranche de résine adhésive 56 présente une orientation oblique, et présente une longueur Ep’.
La longueur Ep’ vérifie l’équation suivante :
Ep’2= Ep² + (n.d/2)2
Ep’ ne doit pas être trop élevé, pour éviter la rupture de la couche de résine adhésive 56, dûe à une élongation excessive.
Ainsi, au maximum Ep’ = Ep x ρ, avec ρ = 1 + α.
ρ est l’élasticité de la résine adhésive 56, α étant la capacité d’élongation maximum de la résine adhésive 56, exprimée en pourcentage.
Ainsi, si la résine adhésive 56 a une capacité d’allongement maximum α de 75%, son élasticité ρ sera de 1,75. La tranche de résine adhésive 56 pourra passer d’une longueur Ep à une longueur de 1,75 x Ep sans rupture, mais un allongement au-delà de 1,75 x Ep pourrait conduire à une rupture de la résine adhésive 56.
On note ici E1 la longueur minimum que doit avoir la tranche de résine adhésive 56 pour d’éviter la rupture. Cette longueur correspond à l’épaisseur minimum de la couche de résine adhésive 56. E1 vérifie l’équation :
E1² ρ² = E1² + (n.d/2)2.
La longueur minimum E1 de résine adhésive 56 vérifie donc l’équation :
Avantageusement, l’épaisseur de la couche de résine adhésive 56 de chaque côté des blocs 73, prise suivant la direction secondaire S, est choisie comprise entre E1 et E2, avec E1 ayant la valeur ci-dessus et E2 = 1,5 x E1.
Une variante de réalisation de l’invention va maintenant être décrite, en référence à la . Cette variante de réalisation peut être appliquée à la fois au premier mode de réalisation et au second mode de réalisation.
La montre une structure de séparation 25 de type sandwich, intercalée dans un interstice 19 entre deux cellules de stockage d’électricité 7.
Comme visible sur cette figure, la plaque métallique 61 et l’autre plaque métallique 63 comporte des reliefs 83 en vis-à-vis et en saillie l’un vers l’autre.
Les reliefs 83 sont par exemple emboutis dans les plaques métalliques 61 et 63.
Comme expliqué plus haut, les cellules de stockage d’électricité 7 respirent, c’est-à-dire se gonflent et se dégonflent sous l’effet des cycles de charge/décharge électrique.
Cette respiration est due à la variation de la pression interne durant la charge et la décharge des cellules de stockage d’électricité 7. Toutefois, un autre phénomène se superpose à la respiration. Le volume des cellules de stockage d’électricité 7 augmente également au fur et à mesure du vieillissement de ces cellules de stockage d’électricité 7. Autrement dit, après chaque cycle de charge/décharge, la cellule de stockage d’électricité 7 ne revient pas exactement à son volume initial, mais revient à un volume légèrement supérieur. Le volume de la cellule de stockage d’électricité 7, et plus particulièrement son épaisseur suivant la direction principale P, est un indicateur de l’état de vieillissement de la cellule de stockage d’électricité 7.
Selon la présente variante de réalisation, la batterie 3 comprend une mesure 85 de la résistance électrique entre la plaque métallique 61 et l’autre plaque métallique 63.
Les plaques métalliques 61 et 63 conduisent l’électricité. Elles sont raccordées filairement à un organe 85 prévu pour mesurer la résistance électrique entre les deux plaques 61, 63, par exemple un ohmmètre.
Un tel organe 85 est connu et ne sera pas décrit ici en détail.
Quand les cellules de stockage d’électricité 7 présentent un gonflement significatif, les reliefs 83 se touchent, de telle sorte que la résistance électrique entre les plaques 61 et 63 décroît brutalement.
Comme illustré sur la , les reliefs 83 sont agencés dans une cavité 87 ménagée dans la couche de matériau compressible 65 entre la plaque métallique 61 et l’autre plaque métallique 63. Cette cavité 87 n’est pas remplie par le matériau compressible.
Le matériau compressible est obtenu par refendage d’un bloc de mousse à la dimension de la plaque 61 ou 63, un trou étant ménagé autour des reliefs 83.
En variante, la cavité 87 est délimitée par une enveloppe de matériau plastique souple 89. L’enveloppe 89 isole la cavité 87 du fluide caloporteur remplissant la couche de matériau compressible 65. Il empêche également que la cavité 87 soit remplie par le matériau compressible 65, notamment quand ce matériau compressible 65 est une mousse qui est moussée directement entre les plaques métalliques 61 et 63.
La batterie de stockage d’électricité 3 décrite ci-dessus est avantageusement fabriquée selon le procédé qui va maintenant être décrit.
Le procédé comprend la fabrication d’une ou plusieurs structures de séparation 25 de type sandwich.
Pour ce faire, le procédé comprend, pour chaque structure de séparation 25 de type sandwich, les étapes suivantes :
- obtention de la plaque métallique 61 et de l’autre plaque métallique 63 ;
- formation d’un sandwich par polymérisation du matériau compressible entre la plaque métallique 61 et l’autre plaque métallique 63.
Ce sandwich est ensuite inséré entre deux cellules de stockage d’électricité 7.
Avant insertion du sandwich, les couches intermédiaires 67 et 69 sont fixées à la plaque métallique 61 et à l’autre plaque métallique 63. Elles sont par exemple collées.
Pour la batterie 3 selon le premier mode de réalisation, l’ensemble 5 est réalisé en empilant alternativement une cellule de stockage d’électricité 7 et une structure de séparation 25 de type sandwich.
Pour la batterie 3 selon le second mode de réalisation, les blocs 73 sont d’abord assemblés.
Les blocs 73 sont obtenus en empilant alternativement les cellules de stockage d’électricité 7 et les structures de séparation 25 de type incompressible.
Puis, l’ensemble 5 est formé en empilant alternativement un bloc 73 et une structure de séparation 25 de type sandwich.
Les ensembles 5 sont ensuite agencés dans l’enveloppe de batterie.
La batterie de stockage d’électricité qui vient d’être décrite présente de multiples avantages.
Quand toutes les structures de séparation sont de type sandwich compressible, les cellules de stockage d’électricité ne sont pas ou sont peu déplacées suivant la direction principale du fait de la respiration des cellules de stockage d’électricité. La longueur totale, suivant la direction principale, de l’ensemble est relativement constante, en dépit de la respiration des cellules. L’agencement de cet ensemble est donc plus facile à l’intérieur de la batterie, du fait que sa longueur est relativement constante.
Ceci permet notamment d’utiliser des busbars rigides. Ces busbars sont moins couteux que des busbars souples, qui s’adaptent aux variations de longueur de l’empilement de cellules de stockage d’électricité.
Quand l’alignement est divisé en une pluralité de blocs de cellules successives, chaque bloc comprenant un nombre déterminé de cellules compris entre deux et huit cellules de stockage d’électricité, la ou chaque structure de séparation au sein d’un même bloc étant incompressible, la structure de séparation agencée dans le ou chaque interstice séparant les blocs les uns des autres étant un sandwich compressible, il est possible de limiter l’allongement de l’ensemble de cellules empilées tout en conservant une bonne rigidité.
Ceci est particulièrement avantageux quand une résine adhésive est utilisée pour solidariser les cellules de stockage d’électricité aux renforts latéraux délimitant les compartiments de réception des ensembles de cellule.
L’allongement de la résine adhésive est limité. Elle peut être maintenue en dessous de la capacité d’élongation maximum de la résine. Ceci est dû au fait que la longueur de chaque bloc compact est limitée à quelques cellules.
Utiliser une résine pour fixer les cellules au renfort permet de constituer un ensemble particulièrement rigide, et ce dans toutes les directions.
Connaissant la capacité d’allongement maximum de la résine, la variation d’épaisseur de chaque cellule du fait de la respiration de cette cellule, et le nombre de cellules par bloc, il est possible de déterminer très commodément l’épaisseur minimum de résine à prévoir. Cette épaisseur doit être comprise dans la fourchette indiquée dans la présente demande. Ceci permet de concevoir et fabriquer facilement la batterie de stockage d’électricité.
Utiliser une mousse à cellules ouvertes est particulièrement adapté pour réaliser le matériau compressible.
La mousse à cellules ouvertes est particulièrement avantageuse quand le fluide caloporteur est un fluide diélectrique, qui est donc en contact directement avec les contacts électriques des cellules de stockage d’électricité. Le fluide caloporteur remplit tous les espaces libres à l’intérieur de l’enveloppe de la batterie de stockage d’électricité. Notamment, il imbibe le matériau compressible.
La structure de séparation constitue alors un pare-feu particulièrement efficace.
En effet, si l’une des cellules de stockage d’électricité 7 commence à bruler, il y a un risque que ce feu se propage vers les cellules voisines. Le fluide caloporteur circulant dans les canaux de circulation et imbibant la couche de matériau compressible contribue à allonger la durée avant que le feu ne se propage aux cellules voisines. Le feu doit d’abord chauffer et détruire le fluide interposé entre les deux cellules. La plaque métallique et l’autre plaque métallique contribuent également à retarder la propagation du feu. Elles forment un écran empêchant la chaleur de se diffuser. Elles sont typiquement en acier, qui est un métal particulièrement résistant au feu.
Comme indiqué plus haut, quand la plaque métallique et l’autre plaque métallique comportent des reliefs en vis-à-vis et en saillie l’un vers l’autre, la batterie comprenant une mesure d’une résistance électrique entre la plaque métallique et l‘autre plaque métallique, la structure de séparation peut être utilisée pour suivre le vieillissement des cellules de stockage d’électricité.
Le procédé de fabrication de la batterie décrit ci-dessus est particulièrement commode, et permet d’obtenir facilement les structures de séparation compressibles.
L’invention a été décrite ci-dessus pour une batterie dans laquelle les ensembles de cellules de stockage d’électricité sont fixés par une résine adhésive aux renforts latéraux. En variante, les ensembles de cellules de stockage d’électricité ne sont pas fixés par une résine adhésive aux renforts latéraux. Ils sont bloqués par exemple en position par des couches de matériau élastique surmoulées sur les renforts latéraux et les renforts d’extrémités.

Claims (10)

  1. Batterie de stockage d’électricité, la batterie (3) comprenant :
    - au moins un ensemble (5) de cellules de stockage d’électricité (7) ayant chacune deux grandes faces (9) perpendiculaires à une direction principale (P), les cellules de stockage d’électricité (7) étant alignées suivant la direction principale (P) et formant un alignement, deux cellules de stockage d’électricité (7) voisines dans l’alignement ayant des grandes faces (9) en vis-à-vis séparées l’une de l’autre par un interstice (19) ;
    - dans chaque interstice (19), une structure de séparation (25) délimitant au moins un canal de circulation (27) d’un fluide caloporteur en contact avec chaque grande face (9) délimitant l’interstice (19) ;
    au moins une des structures de séparation (25) étant un sandwich compressible comprenant une plaque métallique (61) tournée vers l’une des grande faces (9) délimitant l’interstice (19) dans lequel est agencée la structure de séparation (25), une autre plaque métallique (63) tournée vers l’autre grande face (9) délimitant ledit interstice (19), et une couche (65) d’un matériau compressible interposée entre la plaque métallique (61) et l’autre plaque métallique (63).
  2. Batterie de stockage d’électricité selon la revendication 1, dans laquelle chacune des structures de séparation (25) est un sandwich compressible.
  3. Batterie de stockage d’électricité selon la revendication 2, dans laquelle chaque cellule de stockage d’électricité (7) présente des contacts électriques (15), les contacts électriques (15) respectifs des cellules de stockage d’électricité (7) étant raccordés les uns aux autres par au moins un busbar (20) rigide allongé suivant la direction principale (P) et dépourvu d’élément permettant une flexibilité suivant la direction principale (P).
  4. Batterie de stockage d’électricité selon la revendication 1, dans laquelle l’alignement (5) est divisé en une pluralité de blocs (73) de cellules de stockage d’électricité successives, chaque bloc (73) comprenant un nombre déterminé de cellules de stockage d’électricité (7) compris entre 2 et 8, la ou chaque structure de séparation (25) au sein d’un même bloc (73) étant incompressible, la structure de séparation (25) agencée dans le ou chaque interstice (19) séparant les blocs (73) les uns des autres étant un sandwich compressible.
  5. Batterie de stockage d’électricité selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la batterie (3) comporte, pour chaque ensemble (5) de cellules de stockage d’électricité (7), deux renforts latéraux (51) s’étendant selon la direction principale (P) et écartés l’un de l’autre suivant une direction secondaire (S), sensiblement perpendiculaire à la direction principale (P), les renforts latéraux (51) délimitant entre eux un compartiment (53), ledit ensemble (5) de cellules de stockage d’électricité (7) étant disposé dans le compartiment (53) avec un espace (55) entre l’ensemble (5) de cellules de stockage d’électricité (7) et chaque renfort latéral (51), une résine adhésive (56) remplissant l’espace (55) et solidarisant de manière adhésive les cellules de stockage d’électricité (7) aux renforts latéraux (51).
  6. Batterie de stockage d’électricité selon la revendication 5 en combinaison avec la revendication 4, dans laquelle chaque cellule de stockage d’électricité (7), au cours d’un cycle de charge/décharge électrique, présente une variation d’épaisseur selon la direction principale (d), chaque couche de résine (56) présentant, selon la direction secondaire (S), une épaisseur Ep comprise entre E1 et E2, avec
    n étant le nombre de cellules de stockage d’électricité (7) dans un bloc (73) ;
    ρ étant une élasticité de la résine, l’élasticité ρ étant déterminé selon l’équation suivante :
    ρ = 1 + α
    où α est l’allongement maximum de la résine exprimée en % ;
    E2 = 1,5 x E1.
  7. Batterie de stockage d’électricité selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le matériau compressible est une mousse à cellules ouvertes.
  8. Batterie de stockage d’électricité selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la plaque métallique (61) et l’autre plaque métallique (63) comportent des reliefs (83) en vis-à-vis et en saillie l’un vers l’autre, la batterie (3) comprenant une mesure (85) d’une résistance électrique entre la plaque métallique (61) et l’autre plaque métallique (63).
  9. Batterie de stockage d’électricité selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la batterie (3) comporte un circuit (31) de refroidissement des cellules de stockage d’électricité (7), avec une partie (32) de distribution de fluide caloporteur dans les canaux de circulation (27) de toutes les structures de séparation (25), et une partie (36) d’évacuation du fluide caloporteur sortant des canaux de circulation (27) de toutes les structures de séparation (25), le fluide caloporteur étant un fluide diélectrique, les cellules de stockage d’électricité (7) ayant des contacts électriques (15) en contact direct avec le fluide caloporteur.
  10. Procédé de fabrication d’une batterie de stockage d’électricité selon l’une quelconque des revendications précédentes, le procédé comprenant les étapes suivantes :
    - obtention de la plaque métallique (61) et de l’autre plaque métallique (63) ;
    - formation d’un sandwich par polymérisation du matériau compressible entre la plaque métallique (61) et l’autre plaque métallique (63) ;
    - insertion du sandwich entre deux des cellules de stockage d’électricité (7).
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130071718A1 (en) * 2011-09-20 2013-03-21 Hyundai Motor Company Heat dissipation plate for battery cell and battery module having the same
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