FR3147906A1 - Batterie d’accumulateurs réutilisable - Google Patents

Abstract

L’invention concerne une batterie d’accumulateurs comportant au moins une cellule électrochimique logée dans un boîtier (12) qui est fixé sur un support, et une couche adhésive qui s’interpose entre le boîtier et le support. Selon l’invention, elle comporte en outre un moyen de découpe (40) de la couche adhésive. Figure pour l’abrégé : Fig.2

Description

Batterie d’accumulateurs réutilisable Domaine technique de l'invention

La présente invention concerne de manière générale la réparation et la réutilisation en seconde vie des batteries d’accumulateurs.

Elle concerne plus particulièrement une batterie d’accumulateurs comportant au moins une cellule électrochimique logée dans un boîtier qui est fixé sur un support, et une couche adhésive qui s’interpose entre le boîtier et le support.

Elle concerne également un véhicule automobile équipé d’une telle batterie d’accumulateurs.

Etat de la technique

Un véhicule automobile à propulsion électrique ou hybride comporte d’ordinaire un moteur électrique et une batterie d’accumulateurs qui est spécialement conçue pour alimenter le moteur électrique en courant afin de faire avancer le véhicule.

Une telle batterie d’accumulateurs comporte généralement plusieurs modules identiques logés dans un bac principal. Chacun de ces modules comporte un boîtier qui renferme une pluralité de cellules électrochimiques à basse tension, connectées les unes avec les autres de façon que la tension globale aux bornes de la batterie soit suffisamment élevée pour faire avancer le véhicule. La tension aux bornes d’une telle batterie peut par exemple être de l’ordre de 400 V.

Il arrive que l’une des cellules présente en cours de vie un défaut.

Pr ailleurs, en vieillissant, les cellules perdent une partie de leur capacité de stockage d’énergie, ce qui réduit en conséquence l’autonomie du véhicule.

Lorsqu’un défaut est constaté ou lorsque ce vieillissement devient trop important, la solution généralement employée consiste à retirer la batterie d’accumulateurs et à la remplacer par une nouvelle.

L’ancienne batterie d’accumulateurs doit alors être retraitée, par exemple en étant recyclée (par un broyage des cellules puis par traitement chimique pour récupérer les métaux précieux) ou en étant réutilisée en seconde vie (en réemployant ses cellules dans des applications moins exigeantes telle que le stockage stationnaire d’énergie éolienne ou photovoltaïque).

Pour que la batterie puisse être réparée ou réutilisée en seconde vie, il est souhaitable de retirer un ou des modules du bac principal. Malheureusement, ce démontage s’avère souvent difficile. Une pâte thermique (plus connue sous la dénomination anglaise de « gap filler ») est en effet généralement disposée entre le boîtier de chaque module et le fond du bac principal.

Or, non seulement cette pâte présente naturellement des propriétés adhésives mais en outre, après plusieurs années, elle sèche si bien que les modules se retrouvent collés très fermement au fond du bac principal, ce qui rend leur démontage problématique. Il est d’autant plus problématique que la couche de pâte thermique est difficilement accessible. Il s’ensuite un risque de dégradation des modules et des cellules électrochimiques.

Dès lors, par sécurité, les modules sont souvent mis au rebut plutôt que réutilisées.

Présentation de l'invention

Afin de remédier à l’inconvénient précité de l’état de la technique, la présente invention propose une solution facilitant le désassemblage d’une batterie d’accumulateurs.

Plus particulièrement, on propose selon l’invention une batterie d’accumulateurs telle que définie dans l’introduction, dans laquelle il est prévu de façon native au moins un moyen de découpe de la couche adhésive.

En d’autres termes, la batterie d’accumulateurs embarque des moyens de découpe de la couche adhésive de pâte thermique. Ces moyens de découpe peuvent alors être agencés de manière à faciliter la découpe de cette couche, ce qui évite toute dégradation du module lors de son démontage et permet donc son réemploi en toute sécurité.

L’invention a pour autre avantage d’être très simple à mettre en œuvre, très peu onéreuse, légère et peu encombrante.

Elle peut être employée dans tout type de batterie d’accumulateurs, notamment dans celles décrites supra comportant des modules, mais aussi dans celles dépourvues de modules, dans lesquelles les cellules sont directement fixées dans le bac principal (ce type de batterie étant plus connu sous la dénomination anglaise de « cell-to-pack »).

Les moyens de découpe sont de préférence directement fixés sur boîtier de la batterie (de façon à ne pas perturber le processus classique de montage des modules dans le bac principal). Mais en variante, ils pourraient être noyés dans la couche adhésive.

D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de la batterie d’accumulateurs conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- ledit moyen de découpe comporte des moyens de préhension accessibles par un opérateur, de préférence depuis le côté du boîtier opposé au support ;
- ledit moyen de découpe comporte au moins un fil souple ;
- lesdits moyens de préhension comportent, à l’une au moins des extrémités du fil souple, un anneau de préférence accessible depuis le côté du boîtier opposé au support ;
- il est prévu des moyens de maintien du fil souple sur le boîtier, adaptés à céder lorsqu’un effort de traction supérieur à un seuil prédéterminé est exercé sur le fil souple ;
- le fil souple s’étend le long d’une partie au moins de la périphérie de la couche adhésive ;
- il est prévu des moyens de guidage adaptés à guider le coulissement du fil souple lorsqu’un effort de traction est exercé sur le fil souple ;
- les moyens de guidage comportent au moins un passant fixé au boîtier et traversé par le fil souple ;
- le boîtier comporte, à une extrémité, un module de connexion électrique comprenant une paroi d’extrémité ;
- les moyens de guidage comportent deux trous de passage du fil souple situés dans la paroi d’extrémité.

L’invention porte aussi sur un véhicule automobile comportant des roues motrices, un groupe motopropulseur qui est adapté à être couplé auxdites roues motrices et qui comprend un moins un moteur électrique, et une batterie d’accumulateurs telle que précitée, connectée électriquement audit moteur électrique.

Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

Description détaillée de l'invention

La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.

Sur les dessins annexés :

est une vue schématique de côté d’une partie d’une batterie d’accumulateurs ;

est une vue schématique en perspective du dessous d’un module de batterie conforme à un premier mode de réalisation de la batterie d’accumulateurs de la ;

est une vue schématique en perspective du dessous d’un module de batterie conforme à un second mode de réalisation de la batterie d’accumulateurs de la .

Sur la , on a représenté une partie d’une batterie d’accumulateurs 1.

Cette batterie d’accumulateurs est ici plus spécifiquement conçue pour être employée dans une application mobile.

Il s’agit en pratique ici d’une batterie d’accumulateurs 1 embarquée dans un véhicule automobile à propulsion électrique ou hybride. Cette batterie est alors spécifiquement conçue pour alimenter en courant électrique un moteur électrique de propulsion du véhicule.

Cette batterie d’accumulateurs 1 comporte au moins un bac principal et des cellules électrochimiques 11 logés dans le bac.

Le bac principal comporte un fond 20, illustré sur la , servant de support. De façon préférentielle, ce fond 20 intègre un conduit de circulation de liquide de refroidissement, permettant d’évacuer la chaleur émise par les cellules électrochimiques 11 vers l’extérieur.

On pourrait prévoir que les cellules électrochimiques 11 soient directement fixées sur le fond 20, dans une configuration dite « cell-to-pack ».

Toutefois, ici, ces cellules sont réparties par modules.

Chaque module 10 comporte ainsi un boîtier 12 qui loge plusieurs cellules électrochimiques 11 et qui est installé sur le fond 20.

Des moyens de fixation sont généralement employés pour fixer les boîtiers 12 des modules 10 sur le fond 20. Ces moyens de fixation sont généralement des moyens de vissage (typiquement des boulons), mais il pourrait en variante s’agir de moyens différents, typiquement de moyens d’encliquetage.

En pratique, le boîtier 12 d’un module 10 présente une forme de boîte parallélépipédique.

Comme le montre la , le boîtier 12 comporte ainsi six parois assemblées, dont deux parois supérieure 121 et inférieure 122 (située du côté du fond 20), deux parois latérales 123, 124, et deux parois d’extrémité 125, 126.

Dans la suite, on considérera que le fond 20 du bac principal s’étend sensiblement horizontalement et que les boîtiers 12 des modules 10 reposent sur ce fond 20 par leurs faces inférieures 122.

Comme le montre la , les cellules électrochimiques 11 sont rangées dans ce boîtier en parallèle les unes des autres, parallèlement aux parois latérales du boîtier.

Elles sont connectées ensemble à l’aide de connecteurs électriques (non visibles). Ces connecteurs électriques sont ici situés contre l’une des parois d’extrémité 125.

Dans l’exemple de la , cette paroi d’extrémité 125 est épaisse si bien qu’elle loge ces connecteurs électriques, ces derniers formant alors avec cette paroi d’extrémité 125 un bloc de connexion.

Les parois du boîtier 12 de chaque module 10 sont ici réalisées en aluminium et/ou en matière plastique et/ou en acier et/ou en matériaux composites (par exemple en fibres de carbone noyés dans une résine).

Lors de leur utilisation, et notamment lors de leur recharge, les cellules électrochimiques 11 chauffent fortement, et il s’avère nécessaire de conduire la chaleur ainsi émise vers l’extérieur du bac principal.

C’est dans ce cadre que le boîtier 12 de chaque module 10 est fixé sur le fond 20 du bac principal via une couche 30 de pâte thermique.

Cette couche 30 est conçue pour combler les irrégularités des surfaces du fond 20 du bac principal et de la face inférieure du boîtier 12, de façon à optimiser les échanges de chaleur entre ces éléments. Elle présente en outre des priorités adhésives de sorte qu’elle participe à la fixation du boîtier 12 sur le fond 20 (en plus des boulons précités). Elle assure en outre une fonction d’amortissement des vibrations de façon à réduire les vibrations subies par le boîtier lorsque le véhicule automobile est en mouvement.

Cette couche est de préférence continue, mais elle pourrait présenter des discontinuités (elle pourrait présenter des trous ou être formée de tronçons distinct et situés à distance les uns des autres).

Les propriétés adhésives de cette couche 30 de pâte thermique sont telles qu’il s’avère souvent difficile de démonter les boîtiers 12 du fond 20.

Afin de faciliter ce démontage, il est ici prévu des moyens de découpe 40 de cette couche 30 de pâte thermique.

Comme le montre la , ces moyens de découpe 40 comportent ici principalement un fil 41 souple et des moyens de préhension de ce fil.

Ce fil 41 est conformé pour trancher la couche 30 de pâte thermique lorsque les moyens de préhension son actionnés.

En pratique, ce fil 41 est qualifié de souple puisqu’il peut être courbé manuellement à angle droit.

Ses moyens de préhension sont formés par ses extrémités qui sont agencées de façon à être accessibles par l’opérateur. De préférence, ils sont alors accessibles par le dessus du boîtier 12. Bien entendu, en variante, ils pourraient être accessibles autrement, par exemple par un côté du boîtier.

Ainsi, lorsqu’un effort est exercé à l’une au moins des extrémités du fil 41, ce dernier est prévu pour sectionner la couche 30 de pâte thermique et décoller le boîtier 12 du fond 20.

Il est ainsi possible de facilement découper la couche 30 même lorsque plusieurs modules sont situés les uns à côtés des autres et que l’accès au-dessous de ces modules 10 est impossible.

En pratique, ici, le fil 41 est fixé sur la paroi inférieure 122 du boîtier 12 (côté couche 30 de pâte thermique). Il s’étend le long de trois des quatre côtés de cette paroi inférieure (de préférence le long des deux parois latérales et de l’une des parois d’extrémité). Il est ainsi replié en forme de U sur cette paroi. De cette manière, lorsqu’un opérateur tire manuellement ou à l’aide d’une machine sur les deux extrémités du fil 41, ce dernier navigue sur l’ensemble de la face externe de cette paroi inférieure 122, ce qui permet de trancher l’intégralité ou presque de la couche 30 de pâte thermique.

En pratique, il peut subsister la partie périphérique de la couche 30 de pâte thermique si le fil ne borde pas exactement la paroi inférieure. Mais dans ce cas, le reste de pâte thermique sera facilement décollable (car la force de collage résiduelle sera dès lors très faible puisque peu de surface sera restée collée).

Le fil 41, pour être accessible par le haut, s’étend également le long de la paroi d’extrémité 125 et fait saillie sur le dessus du boîtier 12. Les deux extrémités du U sont plus précisément repliés pour longer les deux côtés de la paroi d’extrémité 125.

Il est alors prévu des moyens de maintien 50 du fil 41 dans la position décrite ci-dessus.

Ces moyens de maintien 50 peuvent se présenter sous des formes diverses.

Ici, et de façon préférentielle, il s’agit de morceaux de bande adhésive, par exemple de type Scotch^®, qui permettent de coller le fil 41 sur le boîtier 12.

En variante, des gouttes de colle pourraient être utilisées dans le même but. Encore en variante, le fil pourrait être revêtu d’adhésif de façon à coller automatiquement au boîtier 12. Encore en variante, des clips pourraient être utilisés.

Dans tous les cas, ces moyens de maintien 50 sont prévus pour libérer le fil 41 lorsqu’un effort de traction important est exercé à l’une au moins de ses extrémités.

L’objectif est que ces moyens de maintien 50 bloquent le fil 41 si un effort réduit est accidentellement exercé sur ce dernier, mais qu’ils libèrent le fil 41 pour que ce dernier puisse découper la couche 30 de pâte thermique si un effort supérieur à un seuil est exercé à l’une au moins de ses extrémités. Ce seuil est par exemple d’une dizaine de Newton.

Lorsqu’un effort est exercé sur les extrémités du fil 41, il est préférable que le fil coulisse le long de la paroi inférieure 122 du boîtier 12 et de la paroi d’extrémité 125. Autrement formulé, on cherche à éviter que le fil 41 ne s’échappe le long d’une des parois latérales 123, 124 du boîtier 12.

Il est alors prévu, de préférence, des moyens de guidage du coulissement du fil 41. Ces moyens de guidage sont agencés pour former des systèmes de renvoi du fil 41 vers le dessus du module 10.

Dans le mode de réalisation illustré sur la , il s’agit de passants, et plus précisément d’œillets 13 qui sont fixés, par exemple par soudage, à la paroi d’extrémité 125 du boîtier 12.

Ces œillets 13 sont de préférence prévus à hauteur de la paroi inférieure 122 du boîtier 12 (ou au moins plus proche de celle-ci que de la paroi supérieure 121).

Deux œillets 13 sont ici employés pour guider le coulissement des deux extrémités du fil 41. Ces deux œillets 13 sont situés à la jonction entre les parois inférieure 122, latérales 123, 124 et d’extrémité 125 du boîtier 12.

Dans le mode de réalisation de la , les moyens de guidage du fil 41 sont directement intégrés à la paroi d’extrémité 125 du bloc de connexion, qui est épaisse et présente deux trous de passage 15. Ces deux trous sont par exemple percés dans la paroi où issus d’une opération de moulage de cette paroi. Ils s’étendent selon des axes parallèles et orthogonaux au plan de la paroi inférieure 122.

Les moyens de préhension du fil 41 sont ici formés par deux boucles 42 situées aux deux extrémités de ce fil 41. Il est ainsi possible de tirer sur le fil 41 à l’aide de deux crochets accrochés à ces boucles 42, ou à l’aide d’une barre passée au travers de ces deux boucles 42.

Ici, le fil 41 employé est par exemple un câble métallique gainé de matière isolante électriquement. Il présente un diamètre inférieur ou égal à l’épaisseur de la couche 30 de pâte thermique. En pratique, il présente un diamètre d’environ 1 mm lorsque la couche 30 présente une épaisseur de 2 à 3 mm.

En variante, il pourrait être réalisé dans une matière autre, telle que le Nylon. Il sera de préférence formé d’un ensemble de filaments tressés, par exemple en kevlar^®ou en Dyneema^®.

En pratique, le fil 41 est installé par le fabriquant du module 10, lorsque le reste du module est déjà assemblé. Pour éviter que les boucles 42 ne s’accrochent à quoi que ce soit de manière involontaire lors du transport du module ou de l’assemblage de la batterie d’accumulateurs 1, des morceaux d’adhésif sont utilisés pour fixer ces boucles 42 sur la face externe de la paroi supérieure 121 du boîtier 12.

Le module est alors livré dans cette configuration à l’usinage d’assemblage du véhicule. Pour être installé dans ce dernier, le fond 20 du bac principal (ou la face externe de la paroi inférieure 122 du module) est revêtu de la couche 30 de pâte thermique, puis le module est rapporté sur le fond 20 du bac principal et vissé à ce dernier à l’aide des boulons.

Lorsque la batterie d’accumulateurs 1 doit être démontée, un opérateur crochète les deux boucles 42 du fil 41 du module 10 considéré, puis il exerce un effort de traction sur le fil 41, ce qui permet à ce dernier de glisser au travers de la couche 30 de pâte thermique afin de décoller le module 10 du fond 20. L’opérateur dévisse ensuite les boulons pour retirer le module 10.

Cette solution n’est donc pas destructrice pour le module 10, qui peut alors être réemployé tel que dans d’autres applications, par exemple pour le stockage stationnaire d’énergie. En effet, cette solution n’endommage pas le module car quasiment aucun effort n’est appliqué sur ce dernier module lors de la phase de découpe de la couche de pâte thermique.

La présente invention n’est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention.

Typiquement, il serait possible de fixer l’une des extrémités du fil, de manière que pour découper la couche de pâte thermique, il suffise de tirer sur l’autre extrémité du fil.

En variante, le fil pourrait être dépourvu de boucle à ses extrémités (le fil devant alors être mordu par une pince ou enrouler autour d’une tige pour permettre ensuite de découper la couche de pâte thermique).

Encore en variante, le boîtier pourrait être dépourvu de moyens de guidage. Dans cette éventualité, la traction exercée sur les extrémités du fil devra se faire selon des directions précises pour que le fil ne s’échappe pas de part et d’autre du boîtier.

Selon une autre variante, si la batterie est dépourvue de module (dans la configuration dite « cell-to-pack »), chaque cellule électrochimique comporterait son propre boîtier, généralement de forme parallélépipédique. Dès lors, chaque cellule pourrait être équipée de son propre fil. En variante, un seul fil pourrait être installé sur le fond du bac principal, de manière qu’il puisse à lui seul découper les couches de pâte thermique situées sous toutes les cellules électrochimiques. Encore en variante, plusieurs fils pourraient être installés sur le fond du bac principal, de manière qu’ils puissent chacun découper les couches de pâte thermique de plusieurs cellules électrochimiques distinctes.

Enfin, on notera que si la batterie d’accumulateurs 1 décrite est bien adaptée pour les voitures, elle pourrait également être utilisée dans des machines agricoles, des appareils aéronautiques ou spatial, dans des poids lourds, des véhicules de défense, des navires et même dans des applications stationnaires.

Claims (11)

1. Batterie d’accumulateurs (1) comportant au moins une cellule électrochimique (11) logée dans un boîtier (12) qui est fixé sur un support (20), et une couche adhésive (30) qui s’interpose entre le boîtier (12) et le support (20), caractérisée en ce qu’elle comporte en outre un moyen de découpe (40) de la couche adhésive (30).
2. Batterie d’accumulateurs (1) selon la revendication 1, dans laquelle ledit moyen de découpe (40) comporte des moyens de préhension accessibles par un opérateur.
3. Batterie d’accumulateurs (1) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle ledit moyen de découpe (40) comporte au moins un fil (41).
4. Batterie d’accumulateurs selon les revendications 2 et 3, dans laquelle lesdits moyens de préhension comportent, à l’une au moins des extrémités du fil (41), un anneau (42) accessible depuis la face du boîtier (12) opposée au support (20).
5. Batterie d’accumulateurs selon l’une des revendications 3 et 4, dans laquelle il est prévu des moyens de maintien (50) du fil (41) sur le boîtier (12), adaptés à céder lorsqu’un effort de traction supérieur à un seuil prédéterminé est exercé sur le fil (41).
6. Batterie d’accumulateurs selon l’une des revendications 3 à 5, dans laquelle le fil (41) s’étend le long d’une partie au moins de la périphérie de la couche adhésive (30).
7. Batterie d’accumulateurs selon l’une des revendications 3 à 6, dans laquelle il est prévu des moyens de guidage (13, 15) adaptés à guider le coulissement du fil (41) lorsqu’un effort de traction est exercé sur le fil (41).
8. Batterie d’accumulateurs selon la revendication 7, dans laquelle les moyens de guidage (13) comportent au moins un passant fixé au boîtier (12) et traversé par le fil (41).
9. Batterie d’accumulateurs selon l’une des revendications 1 à 8, dans laquelle le boîtier (12) comporte, à une extrémité, un module de connexion électrique comprenant une paroi d’extrémité (125).
10. Batterie d’accumulateurs selon les revendications 7 et 9, dans laquelle les moyens de guidage (15) comportent deux trous de passage du fil (41) situés dans la paroi d’extrémité (125).
11. Véhicule automobile comportant des roues motrices, un groupe motopropulseur qui est adapté à être couplé auxdites roues motrices et qui comprend un moins un moteur électrique, caractérisé en ce qu’il comporte en outre une batterie d’accumulateurs (1) conforme à l’une des revendications précédentes, connectée électriquement audit moteur électrique.