FR3144420A1 - Module de batterie électrique comprenant un dispositif de chauffage optimisé - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un module de batterie électrique comprenant au moins deux cellules électrochimiques (2) comprenant chacune une pochette souple (3) entourant un empilement d’électrodes (12), ladite pochette (3) étant réalisée en deux parties. Selon l’invention, le module comprend un dispositif de chauffage comportant une source de courant électrique et un fil chauffant (15) disposé à l’intérieur de chaque pochette entre les deux parties, chaque fil chauffant (15) étant relié à la source de courant, qui peut être activée à tout moment par un élément de commande pour alimenter en courant électrique chaque fil chauffant (15) placé à l’intérieur d’une pochette et ainsi faire monter en température les cellules thermochimiques (2) dudit module (1). Figure pour l’abrégé : Figure 4
Description
La présente invention concerne un module de batterie électrique comprenant un dispositif de chauffage optimisé.
Les cellules de technologie lithium ion ont besoin, dans certain cas d’usage notamment pour les véhicules hybrides et hybrides rechargeables, d’être montées en température pour voir leurs performances de fonctionnement optimisées. La montée en température peut être demandée pendant la phase de charge ou de décharge de la batterie.
Actuellement, des nappes chauffantes sont utilisées pour réaliser cette montée en température. Ces nappes chauffantes sont positionnées contre le module comprenant les cellules. Or, à l’usage, il a été observé que lesdites nappes chauffantes ainsi positionnées ne diffusaient pas un chauffage homogène des cellules. De plus, ces nappes chauffantes constituent une résistance thermique lors de la phase de refroidissement.
Un module de batterie électrique selon l’invention, dispose d’un dispositif de chauffage agencé judicieusement au sein dudit module pour permettre de s’affranchir des inconvénients relevés dans l’état de la technique.
L’invention a pour objet un module de batterie électrique comprenant au moins deux cellules électrochimiques comportant chacune une pochette souple entourant un empilement d’électrodes, ladite pochette étant réalisée en deux parties.
Selon l’invention, ledit module comprend un dispositif de chauffage comportant une source de courant électrique et un fil chauffant disposé à l’intérieur de chaque pochette entre les deux parties, chaque fil chauffant étant relié à la source de courant, qui peut être activée à tout moment par un élément de commande pour alimenter en courant électrique le fil chauffant placé à l’intérieur d’une pochette et ainsi faire monter en température les cellules thermochimiques dudit module. Les cellules impliquées dans un module de batterie électrique selon l’invention, sont encore appelées cellules « pouch » à cause de leur format particulier en sachet ou en pochette. La particularité d’un dispositif de chauffage d’un module de batterie électrique selon l’invention, est qu’il permet d’assurer un chauffage de chaque cellule électrochimique par l’intérieur de chacune des cellules électrochimiques le composant. En effet, un fil chauffant est placé à l’intérieur de chacune des cellules électrochimiques pour permettre de chauffer en profondeur chacune de ces cellules. Il en résulte que le chauffage des cellules s’effectuent de façon optimisée en limitant les déperditions calorifiques. En fonction du chemin emprunté par le fil chauffant à l’intérieur de chaque cellule, le chauffage de ladite cellule pourra s’effectuer de façon homogène, en n’excluant toutefois pas la possibilité de pouvoir chauffer de façon privilégiée certaines zones de ladite cellule. Le fil chauffant est positionné entre les deux parties de la pochette de chaque cellule avant l’assemblage desdites deux parties pour obtenir la pochette. Préférentiellement, les deux parties de la pochette sont fixées l’une à l’autre par thermo-soudure. Le fil chauffant est très peu encombrant et ne va donc pas modifier les dimensions de la cellule électrochimique et ne va pas empiéter sur l’espace réservé aux électrodes. De façon avantageuse, les cellules électrochimiques impliquées dans le module de batterie électrique sont des cellules de type lithium ion. Le fil chauffant placé à l’intérieur de chaque cellule, va permettre de chauffer rapidement ladite cellule afin de rendre plus performant le module de batterie électrique, lors de certaines phases d’utilisation d’un véhicule comportant un tel module de batterie électrique. Chaque fil chauffant placé dans la pochette de la cellule électrochimique peut par exemple former une boucle ouverte ou fermée à l’intérieur de laite pochette. L’élément de commande peut par exemple être un ordinateur embarqué dans le véhicule et possédant un algorithme conçu pour gérer les différentes phases de chauffage du module de batterie électrique.
Selon une caractéristique possible de l’invention, le fil chauffant de chaque cellule est placé autour des électrodes placées à l’intérieur de ladite cellule. De cette manière, le fil chauffant ne sera jamais directement en contact avec les électrodes et ne risque donc pas d’endommager lesdites électrodes avec un chauffage direct. De plus, si ce fil chauffant était au contact direct de ces électrodes, il créerait inévitablement un gradient de température au niveau de ces électrodes qui ne favoriserait pas un fonctionnement homogène du module de batterie électrique.
Selon une caractéristique possible de l’invention, les deux parties d’une pochette comprennent chacune un évidement entouré par un bord plan, lesdites deux parties étant agencées l’une par rapport à l’autre, de sorte que les deux bords plans soient au contact l’un de l’autre et que les deux évidements se complètent pour délimiter un espace interne dans lequel sont placées les électrodes, le fil chauffant étant inséré entre les deux bords plans desdites parties. Avec une telle configuration, le fil chauffant sera maintenu en position entre les deux bords plans des deux parties formant la pochette, puisque lesdits deux bords plans seront thermo-soudés l’un à l’autre. Le fil chauffant n’aura ainsi aucune chance de se déplacer au sein de la pochette pour venir se placer dans l’espace interne délimité par les deux évidements.
Selon une caractéristique possible de l’invention, l’évidement de chacune des parties d’une pochette a un contour rectangulaire, le bord plan entourant ledit évidement ayant la forme d’un cadre rectangulaire fermé, le fil chauffant longeant les deux cadres rectangulaires au contact l’un de l’autre. Autrement dit, le fil chauffant est emprisonné entre les deux cadres plans au contact l’un de l’autre, et va s’étendre au moins partiellement le long de ces deux cadres plans.
Selon une caractéristique possible de l’invention, le fil chauffant forme un rectangle filaire à l’intérieur d’une pochette, en ayant des segments rectilignes. Pour cette configuration, le fil chauffant s’étend sur quasiment toute la longueur des cadres plans au contact l’un de l’autre. Plus le fil chauffant sera long au sein de la pochette, plus il assurera un chauffage efficace et homogène de ladite pochette.
Selon une caractéristique possible de l’invention, deux extrémités du fil chauffant de chaque cellule électrochimique émergent de la pochette, une embase de connecteur électrique reliant les deux extrémités du fil chauffant en étant fixée à ladite pochette, la source électrique étant reliée électriquement aux deux extrémités émergeantes du fil chauffant de chaque cellule électrochimique. Le terme « extrémités » est utilisé pour matérialiser les parties entrante et sortante du fil chauffant dans la pochette, ces deux extrémités pouvant par ailleurs être prolongées à l’extérieur de ladite pochette pour former un circuit électrique.
Selon une caractéristique possible de l’invention, l’embase de connecteur électrique et les deux extrémités du fil chauffant sont repliées contre une surface externe de l’une des deux parties de la pochette. De cette manière, une telle configuration fait disparaitre des parties émergeantes du module de batterie électrique qui seraient susceptibles de se tordre et éventuellement de se rompre lors d’une manipulation, ou au contact d’un élément extérieur. De même, ces parties émergeantes doivent être éliminées, car elles risqueraient de blesser un individu.
Selon une caractéristique possible de l’invention, l’embase de connecteur électrique est fixée à la pochette par soudure au moyen d’une bande de polymère. De cette manière, l’embase de connecteur électrique est solidement fixée à la pochette sans risque de se déplacer le long de celle-ci. De même, une telle soudure permet de s’affranchir d’autres moyens de fixation tels que par exemple des vis ou des rivets, qui seraient susceptibles d’alourdir significativement un module de batterie électrique selon l’invention.
Selon une caractéristique possible de l’invention, le module de batterie électrique comprend un carter supérieur formant un couvercle et un carter inférieur formant un réceptacle logeant les cellules électrochimiques, la source électrique étant un boitier d’alimentation électrique qui est solidarisé à une surface externe du carter supérieur. En refermant le carter supérieur sur le carter inférieur contenant les cellules électrochimiques, le boitier d’alimentation électrique se retrouve à l’extérieur du boitier logeant les cellules électrochimiques, et ferme le circuit électrique permettant d’alimenter les fils chauffants des pochettes des cellules électrochimiques.
Selon une caractéristique possible de l’invention, le module de batterie électrique comprend deux borniers sous la forme de deux tiges parallèles, lesdits deux borniers passant par deux ouvertures du carter supérieur en émergeant dudit carter supérieur lorsque le boitier a été constitué.
Un module de batterie électrique selon l’invention présente plusieurs avantages :
- Le dispositif de chauffage est facile à mette en œuvre car il ne nécessite pas une modification des cellules électrochimiques,
-La mise en œuvre du dispositif de chauffage est d’un cout réduit,
-La mise en œuvre du dispositif de chauffage entre naturellement dans le procédé de fabrication habituel des cellules,
-Le chauffage est réalisé au plus près de la chimie de la cellule,
-Evite la mise en œuvre de toutes les résistances thermiques liées à la construction du module.
- Le dispositif de chauffage est facile à mette en œuvre car il ne nécessite pas une modification des cellules électrochimiques,
-La mise en œuvre du dispositif de chauffage est d’un cout réduit,
-La mise en œuvre du dispositif de chauffage entre naturellement dans le procédé de fabrication habituel des cellules,
-Le chauffage est réalisé au plus près de la chimie de la cellule,
-Evite la mise en œuvre de toutes les résistances thermiques liées à la construction du module.
On donne ci-après une description détaillée d’un mode de réalisation préféré d’un module de batterie électrique selon l’invention, en se référant aux figures suivantes :
En se référant aux figures 7, 8, 9 et 10 un module 1 de batterie électrique selon l’invention comprend une pluralité de cellules 2 électrochimiques, disposées parallèlement les unes aux autres, lesdites cellules 2 pouvant par exemple être de type Lithium-ion. Au sein de ce module 1, les cellules 2 peuvent être montées, soit en série soit en parallèle, soit dans une combinaison de ces deux types d’agencement. Les cellules électrochimiques 2 d’un module 1 de batterie électrique selon l’invention sont de type « pouch », c’est-à-dire qu’elles sont chacune délimitées par une pochette 3.
En se référant aux figures 1, 2, 4, 5 et 11, la pochette 3 de chaque cellule électrochimique 2 d’un module 1 de batterie électrique selon l’invention, est réalisée en deux tronçons 4, 5 qui sont thermosoudées l’un à l’autre. Chacun des tronçons 4, 5 de la pochette 3 a un contour rectangulaire, et possède un évidement central 6 de forme rectangulaire et entouré par un cadre plan 7 de forme rectangulaire. Ce cadre plan 7 comporte quatre segments 8, 9, 10, 11 dont deux 8, 9 sont courts et parallèles, et dont deux autres 10, 11 sont allongés et parallèles. Les deux segments courts 8, 9 ont la même largeur, et les deux segments longs ont la même largeur. Ces quatre segments 8, 9, 10, 11 s’inscrivent dans un même plan et entourent complètement l’évidement central 6. L’évidement rectangulaire 6 est placé dans le tronçon correspondant 4, 5 de sorte qu’un axe longitudinal dudit évidement 6 soit parallèle à un axe longitudinal dudit tronçon 4, 5. Lorsque la pochette 3 de la cellule électrochimique est montée :
-les deux cadres plans 7 des deux tronçons 4, 5 établissent entre eux un contact surfacique, au niveau duquel est réalisée la thermo soudure,
-les évidements centraux 6 des deux tronçons 4, 5 se complètent pour délimiter un espace interne dans la pochette 3.
-les deux cadres plans 7 des deux tronçons 4, 5 établissent entre eux un contact surfacique, au niveau duquel est réalisée la thermo soudure,
-les évidements centraux 6 des deux tronçons 4, 5 se complètent pour délimiter un espace interne dans la pochette 3.
En se référant à la , cet espace interne sert à loger un empilement d’électrodes 12 ayant une forme générale de parallélépipède rectangle, ledit empilement occupant l’intégralité de cet espace interne. Aux deux extrémités de cet empilement d’électrodes 12, émergent deux collecteurs 13, 14 auxquels sont soudés deux languettes conductrices 30, 31, lesdites deux extrémités étant à considérer suivant un axe longitudinal de l’empilement 12.
En se référant aux figures 2, 3 et 4, un module 1 de batterie électrique selon l’invention possède un dispositif de chauffage comprenant dans chaque cellule électrochimique 2 le composant, un fil chauffant 15. Au sein de chaque cellule électrochimique 2, le fil chauffant 15 comprend une extrémité d’entrée 16 et une extrémité de sortie 17 émergeant de la pochette 3, ledit fil 15 formant une boucle rectangulaire à l’intérieur de la pochette 3, entre ces deux extrémité d’entrée et de sortie 16, 17. Cette boucle rectangulaire a des dimensions qui sont analogues à celles des cadres plans 7 des deux tronçons 4, 5 de la pochette 3, si bien qu’elle s’étend le long dudit cadre plan 7. Initialement, l’empilement d’électrodes 12 est placé dans l’évidement 6 d’un premier tronçon 4, 5 de la pochette 3 et le fil chauffant 15 est placé contre le cadre plan 7 de ce même premier tronçon 4, 5, avant que qu’un deuxième tronçon 4, 5 ne soit thermosoudé audit premier tronçon 4, 5 pour former la pochette 3. Le fil électrique 15 se retrouve ainsi emprisonné entre les deux cadres plans 7 des deux tronçons 4, 5 qui sont au contact l’un de l’autre.
En se référant à la , une fois que la pochette 3 a été formée :
-les deux languettes conductrices 30, 31 émergent des deux petits côtés de la pochette 3,
-les deux extrémités 16, 17 du fil chauffant 15 émergent de l’un des deux grands côtés 10, 11de ladite pochette 3.
-les deux languettes conductrices 30, 31 émergent des deux petits côtés de la pochette 3,
-les deux extrémités 16, 17 du fil chauffant 15 émergent de l’un des deux grands côtés 10, 11de ladite pochette 3.
Les deux tronçons 4, 5 de la pochette 3 renfermant l’empilement d’électrodes 12 et le fil chauffant 15, sont thermosoudés au niveau des languettes conductrices 30, 31 qui émergent des deux petits côtés de la pochette 3, au moyen d’une bande de polymère 18 placée contre lesdites languettes conductrices 30, 31, cette bande de polymère 18 assurant également une bonne étanchéité de la pochette 3.
En se référant aux figures 2, 3, 4 et 5, une embase de connecteur 19 est fixée à la pochette 3 en étant traversée par les deux extrémités 16, 17 du fil chauffant 15.
En se référant à la , dans le souci de supprimer toute protubérance inutile de la pochette 3, l’embase de connecteur 15 et les deux extrémités 16, 17 du fil chauffant 15 sont repliées contre une surface externe de l’un des deux tronçons 4, 5 formant ladite pochette 3.
En se référant à la , lorsque les cellules électrochimiques 2 sont disposées parallèlement les unes aux autres pour former le module 2 de batterie électrique, un seul et même fil chauffant 15 passe par toutes les cellules thermochimiques 2. En effet, l’agencement du dispositif de chauffage dans le module 1 de batterie électrique est tel que :
-l’extrémité de sortie 17 du fil chauffant 15 de la première cellule électrochimique 2 est prolongée jusqu’à former l’extrémité d’entrée 16 du fil chauffant 15 de la deuxième cellule électrochimique 2 placée juste à côté,
-l’extrémité de sortie du fil chauffant 15 de la deuxième cellule électrochimique 2 est prolongée jusqu’à former l’extrémité d’entrée 16 du fil chauffant 15 de la troisième cellule électrochimique 2 placée juste à côté, et ainsi de suite.
-l’extrémité de sortie 17 du fil chauffant 15 de la première cellule électrochimique 2 est prolongée jusqu’à former l’extrémité d’entrée 16 du fil chauffant 15 de la deuxième cellule électrochimique 2 placée juste à côté,
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De cette manière, le fil chauffant 15 présente globalement une extrémité d’entrée placée à l’entrée de la première cellule électrochimique 2, et une extrémité de sortie placée à la sortie de la dernière cellule électrochimique 2, lesdites cellules 2 composant le module 1 de batterie électrique selon l’invention.
En se référant à la , deux borniers 19, 20 sous la forme de deux tiges cylindriques parallèles sont placées au niveau de la première cellule électrochimique 2 et de la dernière cellule électrochimique 2 du module 1 de batterie électrique selon l’invention.
En se référant aux figures 9 et 10, l’empilement de cellules électrochimiques 2 est placé dans un boitier 21 comprenant un carter supérieur 22 formant un couvercle, et un carter inférieur 23 formant un réceptacle pour loger lesdites cellules électrochimiques 2. Le carter supérieur 22 est une plaque plane rectangulaire possédant trois ouvertures 24, 25, 26, et le carter inférieur 23 est délimité par quatre parois 32, 33, 34, 35 formant un rectangle et par un fond 36 sur lequel reposent lesdites quatre parois 32, 33, 34, 35. Les quatre parois 32, 33, 34, 35 du carter inférieur 23 s’étendent sur le fond 36 en étant chacune perpendiculaire audit fond 36. L’empilement des cellules électrochimiques 2 dotées de leur fil chauffant 15, est placé dans le carter inférieur 23, puis le carter supérieur 22 est refermé sur le carter inférieur 23 pour former le boitier 21 renfermant les cellules électrochimiques 2. Les deux borniers 19, 20 passent par deux ouvertures 24, 25 du carter supérieur 22 en émergeant de celui-ci vers l’extérieur du boitier 21, un isolant 37 étant inséré dans la troisième ouverture 26 dudit carter supérieur 22. Une source d’alimentation électrique destinée à alimenter le fil chauffant 15 pour provoquer le chauffage de toutes les cellules électrochimiques 2 logées dans le boitier 21, se présente sous la forme d’un boitier 38 d’alimentation électrique qui est solidarisé à une surface externe du carter supérieur 22. Cette source d’alimentation électrique 21 peut être déclenchée à tout moment par un ordinateur de bord embarqué dans un véhicule, dès lors que survient un besoin en chauffage des cellules électrochimiques 2 du module 1 de batterie électrique.
Claims (10)
- Module (1) de batterie électrique comprenant au moins deux cellules électrochimiques (2) comportant chacune une pochette souple (3) entourant un empilement d’électrodes (12), ladite pochette (3) étant réalisée en deux parties (4, 5), caractérisé en ce que ledit module (1) comprend un dispositif de chauffage comportant une source de courant électrique (21) et un fil chauffant (5) disposé à l’intérieur de chaque pochette (3) entre les deux parties (4, 5), et en ce que chaque fil chauffant (15) est relié à la source de courant (21), qui peut être activée à tout moment par un élément de commande pour alimenter en courant électrique le fil chauffant (15) placé à l’intérieur d’une pochette (3) et ainsi faire monter en température les cellules thermochimiques (2) dudit module (1).
- Module de batterie électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil chauffant (15) de chaque cellule (2) est placé autour des électrodes (12) placées à l’intérieur de ladite cellule (2).
- Module de batterie électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux parties (4, 5) d’une pochette (3) comprennent chacune un évidement (6) entouré par un bord plan (7), lesdites deux parties (4, 5) étant agencées l’une par rapport à l’autre de sorte que les deux bords plans (7) soient au contact l’un de l’autre et les deux évidements (6) se complètent pour délimiter un espace interne dans lequel sont placées les électrodes (12), et en ce que le fil chauffant (15) est inséré entre les deux bords plans (7) desdites parties (4, 5).
- Module de batterie électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’évidement (6) de chacune des parties (4, 5) d’une pochette (3) a un contour rectangulaire, et en ce que le bord plan (7) entourant ledit évidement a la forme d’un cadre rectangulaire fermé (8, 9, 10, 11), le fil chauffant (15) longeant les deux cadres rectangulaires (8, 9, 10, 11) au contact l’un de l’autre.
- Module de batterie électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le fil chauffant (15) forme un rectangle filaire à l’intérieur de la pochette (3), en ayant des segments rectilignes.
- Module de batterie électrique selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que deux extrémités (16, 17) du fil chauffant (15) de chaque cellule électrochimique (2) émergent de la pochette (3), et en ce qu’une embase de connecteur (19) électrique relie les deux extrémités (16, 17) du fil chauffant (15) en étant fixée à ladite pochette (3), la source électrique (21) étant reliée électriquement aux deux extrémités émergeantes (16, 17) du fil chauffant (15) de chaque cellule électrochimique (2).
- Module de batterie électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que l’embase de connecteur (19) électrique et les deux extrémités (16, 17) du fil chauffant (15) sont repliées contre une surface externe de l’une des deux parties (4, 5) de la pochette (3).
- Module de batterie électrique selon l’une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l’embase de connecteur (19) électrique est fixée à la pochette (3) par soudure au moyen d’une bande de polymère.
- Module de batterie électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu’il comprend un carter supérieur (22) formant un couvercle et un carter inférieur (23) formant un réceptacle logeant les cellules électrochimiques (2), et en ce que la source électrique (21) est un boitier d’alimentation électrique qui est solidarisé à une surface externe du carter supérieur (22).
- Module se batterie électrique selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’il comprend deux borniers (19, 20) sous la forme de deux tiges parallèles, et en ce que lesdits deux borniers (19, 20) passent par deux ouvertures (25, 26) du carter supérieur (22) en émergeant dudit carter supérieur (22), lorsque le boitier a été constitué.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110003185A1 (en) * | 2009-07-06 | 2011-01-06 | Carl Freudenberg, Kg | Sealing Frame for Cells in a Battery with a Thermally Active Compensating Element |
| KR20130134947A (ko) * | 2012-05-31 | 2013-12-10 | 주식회사 엘지화학 | 이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 이차전지 |
| KR20140029921A (ko) * | 2012-08-31 | 2014-03-11 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 배터리 셀 및 배터리 모듈 |
| US20160344004A1 (en) * | 2015-05-20 | 2016-11-24 | Keith D. Kepler | Pouch cell |
-
2022
- 2022-12-21 FR FR2214125A patent/FR3144420A1/fr active Pending
-
2023
- 2023-12-14 WO PCT/EP2023/085881 patent/WO2024132857A1/fr unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110003185A1 (en) * | 2009-07-06 | 2011-01-06 | Carl Freudenberg, Kg | Sealing Frame for Cells in a Battery with a Thermally Active Compensating Element |
| KR20130134947A (ko) * | 2012-05-31 | 2013-12-10 | 주식회사 엘지화학 | 이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 이차전지 |
| KR20140029921A (ko) * | 2012-08-31 | 2014-03-11 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 배터리 셀 및 배터리 모듈 |
| US20160344004A1 (en) * | 2015-05-20 | 2016-11-24 | Keith D. Kepler | Pouch cell |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024132857A1 (fr) | 2024-06-27 |
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