WO2008132122A2 - Module pour ensemble de stockage d'energie electrique. - Google Patents

Module pour ensemble de stockage d'energie electrique. Download PDF

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WO2008132122A2
WO2008132122A2 PCT/EP2008/054971 EP2008054971W WO2008132122A2 WO 2008132122 A2 WO2008132122 A2 WO 2008132122A2 EP 2008054971 W EP2008054971 W EP 2008054971W WO 2008132122 A2 WO2008132122 A2 WO 2008132122A2
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Anne-Claire Juventin-Mathes
Karine Le Bras
Jean-Michel Depond
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to the general technical field of electrical energy storage assemblies.
  • the invention relates to the field of modules comprising at least two sets of electrical energy storage.
  • the term "electrical energy storage assembly” means a capacitor (i.e. a passive system comprising two electrodes and an insulator), or a supercapacitor.
  • a lithium battery type battery i.e. a system comprising an anode, a cathode and an electrolyte solution between the anode and the cathode.
  • Modules as shown in FIG. 1 are known, comprising a housing 10 in which several electrical energy storage assemblies 20 are arranged connected by connection means 30.
  • These modules generally comprise an electronic management card 40 for managing the charging and discharging of the electrical energy storage assemblies 20.
  • the storage assemblies 20 are of cylindrical shape and connected two by two alternatively at their upper and lower disks 21 and 22.
  • the management electronic card 40 is disposed in a central region 11 of the housing 10. As illustrated in plan view in FIG. 2, in another embodiment, the module comprises a plurality of electronic cards of FIG. management 40 stuck on the connection means 30, in the lower portion of the housing 10.
  • connection means 30, the energy storage assemblies 20 and the electronic management card (s) 40 generate heat.
  • Document US 2003/013009 describes a module comprising an electronic card and a set of batteries electrically connected in series or in parallel.
  • the batteries in the battery pack are in thermal contact with walls of a module housing via heat transfer plates.
  • the electronic card is not in contact with any of the walls of the housing.
  • US 2006/0164812 discloses a heat dissipation system. This system can be used in a module comprising a housing, storage assemblies inside the housing, and electronic boards outside the housing, the storage assemblies and the electronic boards being in contact with the same walls of the housing. housing.
  • Document US 2006/141348 describes a module comprising batteries and electronic circuits arranged inside a housing. This module is designed to ensure a dissipation of the heat generated inside the housing at the rear of the housing through thermal plates.
  • US 2002/043959 discloses a module comprising a housing in which are arranged heat transfer trays for receiving a group of batteries and an electronic card for charging and discharging the group of batteries.
  • the heat transfer trays can convey the heat produced by the battery pack and the electronic board to the upper and lower walls of the housing.
  • the solutions presented above do not allow sufficient thermal management. Indeed, the heat produced by the energy storage assemblies is not sufficiently discharged to the outside.
  • the general object of the invention is to provide a module to overcome the disadvantage of existing modules.
  • a module comprising a housing in which are arranged at least two electrical energy storage assemblies connected by connection means and at least one electronic management card for energy management and diagnosis for management the charging and discharging of energy storage assemblies, wherein different walls of the housing are in thermal contact while being electrically insulated respectively:
  • the fact of associating (via the heat dissipation elements) the storage assemblies with a first wall of the housing, and the electronic card with a second wall (different from the first wall) makes it possible to promote the evacuation to the outside, heat produced inside the module by the electronic management card (s), the connection means and the storage assemblies.
  • the housing comprises fins on at least one outer face of the housing: will be called fins here any device for increasing the convective exchange surface of a room. It will be considered that wall stiffeners, as well as radiator blades, may constitute fins within the meaning of this patent; this makes it possible to increase the contact surface between the housing and the external environment in order to promote heat exchange with the outside and thus improve the cooling of the interior of the module;
  • the fins are disposed on the outer face of at least one wall of the housing in thermal contact with the heat dissipation elements associated with the storage assemblies: this makes it possible to improve the cooling of the storage assemblies;
  • the fins are disposed on the outer face of at least one other wall of the housing in thermal contact with the electronic management card: this improves the cooling of the electronic card;
  • the housing may be made of aluminum or of carbon composite material: this makes it possible to improve the thermal conduction between the inside and the outside of the housing with respect to plastic or steel housings with equivalent mechanical characteristics;
  • the wall in contact with the heat dissipating elements is the lower and / or upper wall of the housing and the other wall in contact with the electronic management card is a side wall of the housing: this makes it possible, for example in the case of cylindrical or parallelepipedal storage assemblies arranged parallel to each other and parallel to the side walls of the housing, to improve the cooling of the storage assemblies, axial cooling of the storage assemblies being more efficient that radial cooling;
  • the wall in thermal contact with the heat dissipation elements may comprise, or be associated with, a base in which a cooling device is arranged: this makes it possible to improve the cooling of the storage assemblies;
  • the cooling device may comprise a circuit for circulating a cooling fluid: this makes it possible to increase the heat exchanges between the inside and the outside of the module;
  • the management electronic card comprises an epoxy resin layer on which a copper printed circuit is bonded, the epoxy resin layer being in contact with the internal face of the other wall of the housing: the epoxy resin layer allows the in thermal contact while ensuring the electrical isolation of the copper printed circuit with the housing;
  • the management electronic card comprises an aluminum plate on the epoxy resin layer, the aluminum plate being in contact with the internal face of the other wall of the housing: the aluminum plate makes it possible to promote the evacuation of heat produced by the copper printed circuit towards the wall of the housing;
  • the two walls are in thermal contact while being electrically insulated with the heat dissipation elements associated with the energy storage assemblies: this makes it possible to increase the heat exchange surface between the housing and the storage assemblies and thus improve the cooling of storage assemblies; the two walls in thermal contact with the heat dissipation elements connected to the energy storage assemblies are the upper and lower walls of the housing;
  • the module comprises at least one electronic management card, said electronic management card being in contact with at least one side wall of the case;
  • the module comprises as many electronic management cards as the casing comprises lateral walls, each of said cards being in contact with a respective lateral wall of the casing: this makes it possible to improve the cooling of the electronic cards, to optimize the volume of the module and to contribute to the homogenization of the temperatures within the module, the electronic cards then acting as a thermal buffer avoiding to widen the temperature difference of the elements between the core of the module and the periphery elements, with respect to state-of-the-art modules, where cards placed in the center, above or below the module accentuate the temperature difference felt by the central elements and the peripheral elements; this provision has an important consequence on the overall life of the module, itself strongly related to temperature imbalances that can suffer the various elements of the module; advantageously, the connection boards may be in contact with the internal face of the side wall of the housing or with the external face of the side wall of the housing.
  • connection means between two adjacent storage assemblies comprise two covers electrically connected by a bar, each cover comprising a connection terminal intended to be in contact with a through-bore of the bar;
  • connection means between two adjacent storage assemblies comprise two covers electrically connected by a bar, each cover which can be laser welded by transparency, soldered or soldered to the bar;
  • the bore passing through the bar has a high surface roughness to promote electrical contact with the connection terminal;
  • the contact surface between the bar and a cover is preferably greater than or equal to a quarter of the surface of the cover and even more preferably greater than or equal to half the surface of the cover;
  • the bars can also be copper; this makes it possible to reduce the ohmic resistance of the connection means and thus to minimize losses by Joule effect and therefore the heat produced by the connection means;
  • the bars are made of aluminum: this makes it possible to improve the thermal conduction between the storage assemblies and the housing and to reduce the mass of the connection elements;
  • the copper strips (or aluminum) may include a tinning as a surface protection;
  • two adjacent storage assemblies are electrically connected by a longitudinal piece whose ends form the top or bottom covers of each of the adjacent storage assemblies so as to electrically connect said adjacent storage assemblies; this maximizes the contact area between the energy storage elements and the walls of the housing to promote thermal diffusion to the housing, while the use of connection means made in one piece reduces the internal resistance connection means (and thus Joule heat production);
  • each end of the longitudinal part comprises preferential zones which are thinned
  • connection means between two adjacent storage assemblies may comprise two covers electrically connected by a transparent laser welded strip; in this case, the welding of the bar can be performed through thinned preferential zones;
  • connection means between two adjacent storage assemblies may comprise two covers electrically connected by a brazed bar on the covers;
  • the connecting means between two adjacent storage assemblies comprise two covers electrically connected by a bar by soldering-diffusion of the bar on the covers;
  • the contact surface between the bar and a cover is preferably greater than or equal to a quarter of the surface of the cover, and even more preferably greater than or equal to half the surface of the cover;
  • each end of the longitudinal piece comprises radial thinned preferential zones;
  • - Thinned preferential zones may be perpendicular two by two and have an angle of 45 ° with the longitudinal axis B-B of the workpiece;
  • connection means may comprise the heat dissipation elements
  • the heat dissipation elements may comprise an elastomer layer: the elastomer layer makes it possible to electrically isolate and thermally connect the storage assemblies to the housing.
  • FIG. 1 illustrates an embodiment of a module of the prior art
  • FIG. 2 illustrates another embodiment of a module of the prior art
  • FIGS. 3a to 3d illustrate an embodiment of a module according to the invention
  • FIG. 4 illustrates another embodiment of the module
  • FIG. 5 illustrates fins of an embodiment of the module
  • FIGS. 6 to 9 illustrate examples of means for connecting the energy storage elements to one another inside the module
  • FIGS. 10 and 11 illustrate examples of module management electronic card.
  • FIGS. 3 to 11 Various embodiments of the module according to the invention will now be described with reference to FIGS. 3 to 11. In these different figures, the equivalent elements of the module bear the same numerical references.
  • Figure 3a there is illustrated an embodiment of the module to be connected by voltage terminals 50 to an ancillary device (not shown).
  • the module comprises a housing 10 in which electrical energy storage assemblies 20 are arranged connected by connection means 30.
  • the module also includes an electronic management card 40 for energy management and diagnosis of energy storage assemblies 20.
  • the storage assemblies 20 are of generally cylindrical shape.
  • the storage assemblies 20 are arranged side by side in the housing 10.
  • the axes of revolution of the storage assemblies 20 are parallel.
  • the storage elements may be parallelepipedal, square, oval, hexagonal, without this changing the general principles of the invention.
  • the storage assemblies 20 are arranged so that their axes of revolution are perpendicular to the upper 12 and lower 13 walls of the housing 10.
  • different walls 12, 13, 14 of the housing 10 are in thermal contact while being electrically insulated, respectively: for at least one wall with heat dissipation elements connected to the electrical energy storage assemblies, for at least one minus another wall with the management board.
  • the thermal connection of the storage assemblies 20 with a first wall 12, 13 and the electronic management card 40 with a second wall 14 different from the first wall 12, 13 makes it possible to maximize the heat dissipation of the heat emitted by the card 40 and the storage assemblies 20 to the outside of the module.
  • the heat dissipation elements may comprise the connection means 30.
  • the dissipation elements 38 may also include an elastomeric layer disposed between the connection means 30 and the housing wall in thermal contact with the storage assemblies 20.
  • the elastomeric layer covers several functions simultaneously. She permits :
  • the wall in contact with the heat dissipating elements is the bottom wall 13 of the housing 10
  • the wall in contact with the electronic management card 40 is a side wall 14 of the housing 10.
  • the storage assemblies 20 preferentially conduct heat along their axis of revolution (longitudinal axis), so that axial cooling of the storage assemblies 20 is more effective than radial cooling thereof.
  • the storage assemblies 20 are thermally connected to either the upper wall 12, the lower wall 13 or the upper and lower walls 12, 13 of the housing 10.
  • the storage assemblies 20 are thermally connected to the upper and lower walls 12, 13.
  • the thermal contacting of the storage assemblies with two walls makes it possible to improve the cooling of the storage assemblies by increasing the heat exchange surface between the storage assemblies 20 and the outside of the module.
  • the housing 10 allows the handling of the module, reinforces the electrical insulation and protects the heart of the module and its electronics from potential external aggressions.
  • This housing can be parallelepiped, to be arranged in the place currently used by a motor vehicle battery, or cylindrical, for example to be housed in the space released by a spare wheel, or prismatic, defining in any case upper and lower faces, and side faces.
  • the upper, lower, and lateral walls of the casing are made of anodized aluminum in order to promote the cooling of the module on the one hand, via a better radiative dissipation, and to reinforce the resistance to corrosion of the module. on the other hand.
  • the use of walls 12, 13, 14 of aluminum or of carbon composite material makes it possible to improve the thermal conduction between the inside and the outside of the housing with respect to walls made of plastic material or steel with mechanical characteristics. identical. This increases the cooling efficiency of the storage assemblies 20 and the electronic card 40.
  • the housing 10 comprises fins 15 as shown in FIGS. 4 and 5.
  • the fins 15 may be arranged on at least one outer face of a wall 12, 13, 14 of the housing 10.
  • the stiffeners 15 'disposed on the side walls also constitute fins within the meaning of this patent since they allow to increase the convective exchange surface of the walls.
  • the fins 15 are disposed on the outer face of the housing wall in thermal contact with the storage assemblies 20 so as to improve the cooling of said storage assemblies 20.
  • the fins 15 are disposed in a central region 11 of the external face of the upper wall 12 of the housing 10.
  • the fins 15 are disposed on the outer face of the wall of the housing 10 in thermal contact with the electronic management card 40 so as to improve the cooling of said electronic management card 40.
  • the external faces of the walls 12, 13, 14 in thermal contact with the storage assemblies 20 on the one hand and the electronic card (s) 40 on the other hand. part include fins 15.
  • the wall in thermal contact with the storage assemblies 20 comprises, or is associated with, a base (not shown ) in which a cooling device (not shown) is arranged.
  • the cooling device may comprise a circulation circuit of a cooling fluid.
  • the module may comprise a cooling device in one or all the walls in thermal contact with the assemblies 20. This makes it possible to improve the cooling of the housing. module benefiting from an external cooling system, a vehicle using the module for example, such as a vehicle air conditioning system.
  • the module comprises twenty sets of electrical energy storage 20.
  • the storage assemblies are of generally cylindrical shape.
  • the storage assemblies 20 are arranged in the housing 10, parallel to each other and parallel to the side walls of the housing. In other words, the axes of revolution of the storage assemblies 20 are parallel to each other and parallel to each plane in which a respective lateral wall extends.
  • the storage assemblies 20 are arranged so that their axes of revolution are perpendicular to the upper 12 and lower 13 walls of the housing 10.
  • the storage assemblies 20 are connected in pairs by the connection means 30 which will be described in detail in the following description. Note that in the embodiment illustrated in Figures 3a to 3d, the twenty sets of electrical energy storage 20 are connected in series.
  • These storage assemblies 20 are connected two by two alternately at their upper covers 32 and lower 32 '.
  • a storage assembly it is connected by its top cover to a first storage assembly adjacent, and by its lower cover to a second adjacent storage assembly different from the first storage assembly.
  • the storage assemblies are electrically isolated from the walls 12, 13, 14 of the housing 10.
  • the device also comprises four electronic management cards 40.
  • the management electronic card 40 makes it possible to manage the charging and discharging and the diagnosis of the energy storage assemblies 20.
  • diagnosis means here all the measurements of temperature, pressure, voltage and current making it possible to measure and / or calculate the state of charge or state of health of the module during its active life.
  • the electronic card makes it possible to satisfy two different needs:
  • the storage elements 20 have characteristics
  • Balancing therefore comprises the homogenization of these voltages around the same voltage value defined according to the intended application.
  • the management board is connected in parallel with the associated storage sets in series.
  • the electronic management board 40 is electrically isolated from the walls of the housing 10.
  • An electronic management card 40 comprises an epoxy resin layer 42 on which a copper printed circuit 41 is bonded.
  • the epoxy resin layer 42 allows the thermal contacting while ensuring the electrical isolation of the copper circuit board 41 with the housing 10.
  • the electronic management board 40 is arranged so that the epoxy resin layer 42 comes into contact with the inner face of the wall 14 of the housing 10.
  • the electronic management card 40 comprises an aluminum plate 43 on the epoxy resin layer 42 (so that the epoxy resin layer is situated between the copper printed circuit and the layer aluminum).
  • the presence on the management electronic card 40 of an aluminum layer 43 facilitates the evacuation of the heat from the printed circuit 41 by copper to the wall 14 of the housing 10 in contact with the electronic management card 40.
  • the module comprises four electronic management cards 40 thermally connected to the internal faces of the four lateral walls 14 of the housing 10.
  • the electronic cards 40 may be arranged outside the housing, and thus thermally connected to the outer faces of the side walls of the latter.
  • Such an arrangement may have the advantage of further improving the cooling of the cards, and to ensure easier maintenance, without having to open the housing, but has the disadvantages of exposing them more easily to external shocks, and to require improved sealing of the housing walls
  • the presence of four electronic boards on the four side walls of the module prevents the storage assemblies located at the periphery of the housing from cooling faster than the storage assemblies 20 located in the center of the housing.
  • thermal buffer the role of thermal buffer.
  • the presence of these thermal buffers on the side walls induces that the storage assemblies 20 disposed near the side walls 14 will cool less rapidly so that all the storage assemblies 20 of the module will cool at the same speed.
  • connection means 30 between two adjacent storage assemblies 20 comprise two covers 32 or 32 'electrically connected by a bar 31.
  • Each cover 32, 32 ' is intended to cover a storage assembly 20.
  • Each cover 32, 32 comprises a connection terminal 33 intended to be in contact with a through bore (not shown) of the bar 31.
  • a connection terminal 33 intended to be in contact with a through bore (not shown) of the bar 31.
  • the surface state of the the through bore can be roughened to increase the contact area.
  • the bars 31 are made of copper. This makes it possible to reduce the ohmic resistance of the connection means 30 and thus to minimize Joule losses. Thus, the production of heat by the connection means 30 is reduced within the module.
  • the bars 31 are made of aluminum. This makes it possible to improve the mass of the connection means while maintaining an ohmic resistance between the storage assemblies and a satisfactory thermal conduction between the storage assemblies 20 and the housing 10.
  • the bars 31 may be coated with a nickel-plated or tin-plated surface treatment to protect it against corrosion, but also to improve the electrical contact.
  • the upper cover 32 of the together 20 is electrically connected with the top cover 32 of an adjacent assembly, while the lower cover 32 'of the same assembly is electrically connected with the lower cover 32' of another adjacent storage assembly so that each storage assembly 20 can be connected to two adjacent storage assemblies 20, one at the level of its upper cover 32 and the other at its lower cover 32 '.
  • the energy storage assemblies have flat lids without a connection terminal. They are then welded or brazed in pairs with their neighbors by means of welded or brazed bars in the same arrangement as described in the previous paragraph. In the case of laser welding by transparency, the bars may have thinned preferential zones, similar to those described below for the welding of the bi-lids
  • the contact surface between the bar 31 and a cover 32 is preferably greater than or equal to a quarter of the surface of the cover 32, and even more preferably greater than or equal to half of the surface of the cover 32, or even over the entire surface of the cover. This configuration of the storage assemblies makes it possible to maximize the contact area between the bar 31 and the cover 32, 32 'and thus to promote heat exchange between the cover 32, 32' and the housing through the bar 31.
  • the connecting means 30 comprise a longitudinal piece 34, called a bi-lid, whose ends 35, 36 form the upper covers 32 or the lower covers 32 'of two adjacent storage assemblies 20 for electrically connecting them.
  • the use of the longitudinal part 34 to electrically connect two adjacent storage assemblies increases the electrical and thermal performance of the modules.
  • connection means made in one piece reduces the internal resistance of the connection means (and therefore the heat production Joule effect).
  • connection means capable of forming the upper (or lower) covers of two storage assemblies makes it possible to increase the contact surface between the storage assemblies 20 and the walls of the module, which favors thermal diffusion towards the housing 10.
  • each end 35, 36 of the bi-lid 34 comprises thinned preferential zones 37 to form welding zones.
  • the tapered preferential zones 37 are radial and perpendicular two by two.
  • a thinned preferential zone 37 of each end 35, 36 extends along the longitudinal axis B-B of the longitudinal piece 34.
  • the rectilinear radial thinned zones 37 are perpendicular in pairs and have an angle of 45 ° with the longitudinal axis of the part. This avoids the risk of deterioration related to local warming mentioned above.
  • the number of storage assemblies of the module may be greater than or less than 20.
  • the module may comprise two sets of electrical energy storage, or more than two storage assemblies.
  • the energy storage elements may be interconnected by combined means between those described above:
  • the number of electronic management cards may be greater than or less than 4.
  • the module may comprise a single management card.
  • the two storage assemblies are thermally connected to a first wall and the management electronic card is connected to a second wall - different from the first wall - so as to increase heat exchange with the outside, and thus favor the evacuation of the heat produced by the storage assemblies, the connection means and the electronic management card.
  • the storage assemblies being thermally connected either to the bottom wall of the housing, to the upper wall of the housing, or to the upper and lower walls of the housing, and the electronic management board as being connected to one, two, three or four of the side walls of the housing.
  • the geometric arrangement of the storage elements is described above in a square array, but can also be of any shape, such as triangular, parallelogram, hexagonal, octagonal, etc.
  • the thermal links of storage assemblies and electronic management cards can be reversed, namely that: the storage assemblies can be connected to one or more side walls of the housing, for example in the case where the energy storage elements are arranged flat so as to respect the axial evacuation of the heat from the outlets of the housing. housing.
  • the electronic management cards can be connected to the top wall, or to the bottom wall, or to the upper and lower walls.
  • modules extending globally vertically.
  • the modules could have any orientation without departing from the scope of the invention.

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Abstract

L'invention concerne un module comprenant un boîtier (10) dans lequel sont disposés au moins deux ensembles de stockage d'énergie électrique (20) reliés par des moyens de connexion (30) et au moins une carte électronique de gestion (40) pour la gestion de la charge et de la décharge des ensembles de stockage d'énergie (20), dans lequel des parois différentes du boîtier (10) sont en contact thermique tout en étant en isolation électrique respectivement pour au moins une paroi avec les ensembles de stockage d'énergie électrique (20), pour au moins une autre paroi avec la carte électronique de gestion (40), de sorte à favoriser le refroidissement dudit module.

Description

MODULE POUR ENSEMBLE DE STOCKAGE D'ENERGIE ELECTRIQUE
La présente invention concerne le domaine technique général des ensembles de stockage d'énergie électrique.
Plus particulièrement l'invention concerne le domaine des modules comprenant au moins deux ensembles de stockage d'énergie électrique.
On entend, dans le cadre de la présente invention, par « ensemble de stockage d'énergie électrique », soit un condensateur (i.e. un système passif comprenant deux électrodes et un isolant), soit un supercondensateur
(i.e. un système comprenant deux électrodes, un électrolyte et un séparateur), soit une batterie de type batterie au lithium (i.e. un système comprenant une anode, une cathode et une solution d'électrolyte entre l'anode et la cathode).
PRESENTATION GENERALE DE L'ART ANTERIEUR
On connaît des modules tels que représentés à la figure 1 , comprenant un boîtier 10 dans lequel sont disposés plusieurs ensembles de stockage d'énergie électrique 20 reliés par des moyens de connexion 30.
Ces modules comprennent généralement une carte électronique de gestion 40 pour la gestion de la charge et de la décharge des ensembles de stockage d'énergie électrique 20.
Comme illustré schématiquement à la figure 1 , dans un mode de réalisation d'un module de l'art antérieur, les ensembles de stockages 20 sont de forme cylindriques et reliés deux à deux alternativement au niveau de leurs disques supérieurs 21 et inférieurs 22.
La carte électronique de gestion 40 est disposée dans une région centrale 11 du boîtier 10. Comme illustré en vue de dessus à la figure 2, dans un autre mode de réalisation, le module comprend une pluralité de cartes électroniques de gestion 40 collées sur les moyens de connexion 30, dans la portion inférieure du boîtier 10.
Dans les deux modes de réalisation décrits ci-dessus, les moyens de connexion 30, les ensembles de stockage d'énergie 20 et la (ou les) carte(s) électronique(s) de gestion 40 produisent de la chaleur.
On a déjà proposé des dispositifs permettant de dissiper la chaleur produite dans de tels modules.
Le document US 2003/013009 décrit un module comprenant une carte électronique et un ensemble de batteries électriquement connectées en série ou en parallèle. Les batteries de l'ensemble de batteries sont en contact thermique avec des parois d'un logement du module par l'intermédiaire de plaques de transfert de chaleur. La carte électronique n'est en contact avec aucune des parois du logement.
Le document US 2006/0164812 décrit un système de dissipation de chaleur. Ce système peut être utilisé dans un module comprenant un boîtier, des ensembles de stockage à l'intérieur du boîtier, et des cartes électroniques à l'extérieur du boîtier, les ensembles de stockage et les cartes électroniques étant en contact avec les mêmes parois du boîtier.
Le document US 2006/141348 décrit un module comprenant des batteries et des circuits électroniques disposés à l'intérieur d'un logement. Ce module est conçu pour assurer une dissipation de la chaleur générée à l'intérieur du logement au niveau de la face arrière de celui-ci grâce à des plaques thermiques.
Le document US 2002/043959 décrit un module comprenant un logement dans lequel sont disposés des plateaux à transfert de chaleur destinés à recevoir un groupe de batteries et une carte électronique assurant la charge et la décharge du groupe de batteries. Les plateaux à transfert de chaleur permettent de véhiculer la chaleur produite par le groupe de batteries et la carte électronique vers les parois supérieure et inférieure du logement. Toutefois les solutions présentées ci-dessus ne permettent pas une gestion thermique suffisante. En effet, la chaleur produite par les ensembles de stockage d'énergie n'est pas suffisamment évacuée vers l'extérieur.
Or la température est un facteur important de vieillissement des ensembles de stockage d'énergie. Le but général de l'invention est de proposer un module permettant de pallier l'inconvénient des modules existants.
PRESENTATION DE L'INVENTION
A cet effet on prévoit un module comprenant un boîtier dans lequel sont disposés au moins deux ensembles de stockage d'énergie électrique reliés par des moyens de connexion et au moins une carte électronique de gestion pour la gestion d'énergie et le diagnostic pour la gestion de la charge et de la décharge des ensembles de stockage d'énergie, dans lequel des parois différentes du boîtier sont en contact thermique tout en étant en isolation électrique respectivement :
- pour au moins une paroi avec des éléments de dissipation thermique liés aux ensembles de stockage d'énergie électrique, - pour au moins une autre paroi avec la carte électronique de gestion, de sorte à favoriser le refroidissement dudit module.
Ainsi, le fait d'associer (par l'intermédiaire des éléments de dissipation thermique) les ensembles de stockage à une première paroi du boîtier, et la carte électronique à une deuxième paroi (différente de la première paroi) permet de favoriser l'évacuation vers l'extérieur, de la chaleur produite à l'intérieur du module par la (ou les) carte(s) électronique(s) de gestion, les moyens de connexion et les ensembles de stockage.
Aucun des documents US 2003/013009, US 2006/0164812, US 2006/141348 et US 2002/043959 ne décrit un module dans lequel la carte électronique et les ensembles de stockage sont en contact thermique tout en étant en isolation électrique avec des parois différentes du boîtier du module de sorte que la chaleur générée par ces éléments est dissipée par des parois différentes du boîtier. Cette caractéristique de l'invention permet une évacuation de la chaleur produite à l'intérieur du boîtier plus efficace qu'avec les modules de l'art antérieur.
Des aspects préférés mais non limitatifs du module selon l'invention sont les suivants :
- le boîtier comprend des ailettes sur au moins une face extérieure du boîtier : on appellera ici ailettes tout dispositif permettant d'augmenter la surface d'échange convectif d'une pièce. On considérera que des raidisseurs de parois, tout aussi bien que des lames de radiateurs, peuvent constituer des ailettes au sens du présent brevet ; ceci permet d'augmenter la surface de contact entre le boîtier et le milieu extérieur afin de favoriser les échanges thermiques avec l'extérieur et ainsi améliorer le refroidissement de l'intérieur du module ;
- les ailettes sont disposées sur la face externe d'au moins une paroi du boîtier en contact thermique avec les éléments de dissipation thermique liés aux ensembles de stockage : ceci permet d'améliorer le refroidissement des ensembles de stockage ;
- les ailettes sont disposées sur la face externe d'au moins une autre paroi du boîtier en contact thermique avec la carte électronique de gestion : ceci permet d'améliorer le refroidissement de la carte électronique ;
- le boîtier peut être en aluminium, ou en matériau composite carboné : ceci permet d'améliorer la conduction thermique entre l'intérieur et l'extérieur du boîtier par rapport à des boîtiers en plastique ou en acier, à caractéristiques mécaniques équivalentes;
- la paroi en contact avec les éléments de dissipation thermique est la paroi inférieure et/ou supérieure du boîtier et l'autre paroi en contact avec la carte électronique de gestion est une paroi latérale du boîtier : ceci permet, par exemple dans le cas d'ensembles de stockage cylindriques ou parallélépipédiques disposés parallèlement les uns aux autres et parallèlement aux parois latérales du boîtier, d'améliorer le refroidissement des ensembles de stockage, un refroidissement axial des ensembles de stockage étant plus efficace qu'un refroidissement radial ;
- la paroi en contact thermique avec les éléments de dissipation thermique peut comprendre, ou être associé à, un socle dans lequel est disposé un dispositif de refroidissement : ceci permet d'améliorer le refroidissement des ensembles de stockage ; - le dispositif de refroidissement peut comprendre un circuit de circulation d'un fluide de refroidissement : ceci permet d'augmenter les échanges thermiques entre l'intérieur et l'extérieur du module ;
- la carte électronique de gestion comprend une couche de résine époxy sur laquelle est collé un circuit imprimé en cuivre, la couche de résine époxy étant en contact avec la face interne de l'autre paroi du boîtier : la couche de résine époxy permet la mise en contact thermique tout en assurant l'isolation électrique du circuit imprimé en cuivre avec le boîtier ;
- la carte électronique de gestion comprend une plaque en aluminium sur la couche de résine époxy, la plaque en aluminium étant en contact avec la face interne de l'autre paroi du boîtier : la plaque en aluminium permet de favoriser l'évacuation de la chaleur produite par le circuit imprimé en cuivre vers la paroi du boîtier ;
- deux parois sont en contact thermique tout en étant en isolation électrique avec les éléments de dissipation thermique liés aux ensembles de stockage d'énergie : ceci permet d'augmenter la surface d'échange thermique entre le boîtier et les ensembles de stockage et ainsi d'améliorer le refroidissement des ensembles de stockage ; - les deux parois en contact thermique avec les éléments de dissipation thermique liés aux ensembles de stockage d'énergie sont les parois supérieure et inférieure du boîtier ;
- le module comprend au moins une carte électronique de gestion, ladite carte électronique de gestion étant en contact avec au moins une paroi latérale du boîtier ;
- le module comprend autant de cartes électroniques de gestion que le boîtier comporte de parois latérales, chacune desdites cartes étant en contact avec une paroi latérale respective du boîtier : ceci permet d'améliorer le refroidissement des cartes électroniques, d'optimiser le volume du module et de contribuer à l'homogénéisation des températures au sein du module, les cartes électroniques jouant alors le rôle de tampon thermique en évitant de creuser l'écart de température des éléments entre le cœur du module et les éléments situés en périphérie, vis à vis des modules de l'état de l'art, où des cartes disposées au centre, au dessus ou dessous du module accentuaient l'écart de température ressenti par les éléments centraux et les éléments de périphérie; cette disposition a une conséquence importante sur la durée de vie globale du module, elle-même fortement liée aux déséquilibres de température que peuvent subir les différents éléments du module ; avantageusement, les cartes de connexion peuvent être en contact avec la face interne de la paroi latérale du boîtier ou avec la face externe de la paroi latérale du boîtier.
- les moyens de connexion entre deux ensembles de stockage adjacents comprennent deux couvercles reliés électriquement par une barrette, chaque couvercle comprenant une borne de connexion destinée à être en contact avec un alésage traversant de la barrette ;les moyens de connexion entre deux ensembles de stockage adjacents comprennent deux couvercles reliés électriquement par une barrette, chaque couvercle qui pouvant être soudé laser par transparence, brasés ou liés par brasage-diffusion à la barrette ; - l'alésage traversant la barrette possède une rugosité de surface élevée pour favoriser le contact électrique avec la borne de connexion ;
- la surface de contact entre la barrette et un couvercle est préférentiellement supérieure ou égale à un quart de la surface du couvercle et encore plus préférentiellement supérieure ou égale à la moitié de la surface du couvercle ;
- les barrettes peuvent également être en cuivre ; ceci permet de diminuer la résistance ohmique des moyens de connexion et ainsi de minimiser les pertes par effet Joule et donc la chaleur produite par les moyens de connexion ;
- les barrettes sont en aluminium : ceci permet d'améliorer la conduction thermique entre les ensembles de stockage et le boîtier et de diminuer la masse des éléments de connexion ; - les barrettes en cuivre (ou en aluminium) peuvent comporter un étamage à titre de protection de surface ;
- deux ensembles de stockage adjacents sont reliés électriquement par une pièce longitudinale dont les extrémités forment les couvercles, respectivement supérieurs ou inférieurs de chacun des ensembles de stockage adjacents de manière à connecter électriquement lesdits ensembles de stockage adjacents ; ceci permet de maximiser la surface de contact entre les éléments de stockage d'énergie et les parois du boîtier pour favoriser la diffusion thermique vers le boîtier, tandis que l'utilisation de moyens de connexion réalisés en une seule pièce permet de diminuer la résistance interne des moyens de connexion (et donc la production de chaleur par effet Joule) ;
- chaque extrémité de la pièce longitudinale comprend des zones préférentielles amincies ;
- les moyens de connexion entre deux ensembles de stockage adjacents peuvent comprendre deux couvercles reliés électriquement par une barrette soudée laser par transparence ; dans ce cas, le soudage de la barrette peut être effectué au travers de zones préférentielles amincies ;
- les moyens de connexion entre deux ensembles de stockage adjacents peuvent comprendre deux couvercles reliés électriquement par une barrette brasée sur les couvercles ;
- les moyens de connexion entre deux ensembles de stockage adjacents comprennent deux couvercles reliés électriquement par une barrette par brasage-diffusion de la barrette sur les couvercles ;
- la surface de contact entre la barrette et un couvercle est préférentiellement supérieure ou égale à un quart de la surface du couvercle, et encore plus préférentiellement supérieure ou égale à la moitié de la surface du couvercle ;
- deux ensembles de stockage adjacents peuvent être reliés électriquement par une pièce longitudinale dont les extrémités forment les couvercles, respectivement supérieurs ou inférieurs de chacun des ensembles de stockage adjacents de manière à connecter électriquement lesdits ensembles de stockage adjacents ; dans ce cas, chaque extrémité de la pièce longitudinale comprend des zones préférentielles amincies radiales ; - les zones préférentielles amincies peuvent être perpendiculaires deux à deux et avoir un angle de 45° avec l'axe longitudinal B-B de la pièce ;
- les zones préférentielles amincies peuvent être perpendiculaires deux à deux, au moins une zone de chaque extrémité s'étendant selon l'axe longitudinal B-B de la pièce ; - les moyens de connexion peuvent comprendre les éléments de dissipation thermique ;
- les éléments de dissipation thermique peuvent comprendre une couche d'élastomère : la couche en élastomère permet d'isoler électriquement et de relier thermiquement les ensembles de stockage au boîtier. PRESENTATION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 illustre un mode de réalisation d'un module de l'art antérieur,
- la figure 2 illustre un autre mode de réalisation d'un module de l'art antérieur, - les figures 3a à 3d illustrent un mode de réalisation d'un module selon l'invention,
- la figure 4 illustre un autre mode de réalisation du module,
- la figure 5 illustre des ailettes d'un mode de réalisation du module,
- les figures 6 à 9 illustrent des exemples de moyens de connexion des éléments de stockage d'énergie entre eux à l'intérieur du module,
- les figures 10 et 11 illustrent des exemples de carte électronique de gestion du module.
DESCRIPTION DE L'INVENTION
On va maintenant décrire différents modes de réalisation du module selon l'invention en référence aux figures 3 à 11. Dans ces différentes figures, les éléments équivalents du module portent les mêmes références numériques. En référence à la figure 3a, on a illustré un mode de réalisation du module destiné à être connecté par des bornes de tension 50 à un dispositif annexe (non représenté).
Le module comprend un boîtier 10 dans lequel sont disposés des ensembles de stockage d'énergie électrique 20 reliés par des moyens de connexion 30. Le module comprend également une carte électronique de gestion 40 pour la gestion d'énergie et le diagnostic des ensembles de stockage d'énergie 20.
Les ensembles de stockage 20 sont de forme globalement cylindrique. Les ensembles de stockage 20 sont disposés côte à côte dans le boîtier 10.
En d'autres termes, les axes de révolution des ensembles de stockage 20 sont parallèles. Dans d'autres variantes non représentées ici, les éléments de stockage peuvent être de forme parallélépipédique, carrée, ovale, hexagonale, sans que cela change les principes généraux de l'invention. Dans le mode de réalisation illustré aux figures 3a à 3d, les ensembles de stockage 20 sont disposés de sorte que leurs axes de révolution sont perpendiculaires aux parois supérieure 12 et inférieure 13 du boîtier 10.
Avantageusement, des parois différentes 12, 13, 14 du boîtier 10 sont en contact thermique tout en étant en isolation électrique respectivement : - pour au moins une paroi avec des éléments de dissipation thermique liés aux ensembles de stockage d'énergie électrique, - pour au moins une autre paroi avec la carte électronique de gestion.
Ceci permet de favoriser le refroidissement du module. En effet, la connexion thermique des ensembles de stockage 20 avec une première paroi 12, 13 et de la carte électronique de gestion 40 avec une deuxième paroi 14 différente de la première paroi 12, 13 permet de maximiser la dissipation thermique de la chaleur émise par la carte 40 et les ensembles de stockage 20 vers l'extérieur du module. Les éléments de dissipation thermique peuvent comprendre les moyens de connexion 30.
Les éléments de dissipation 38 peuvent également comprendre une couche en élastomère disposée entre les moyens de connexion 30 et la paroi du boîtier en contact thermique avec les ensembles de stockage 20. La couche d'élastomère couvre plusieurs fonctions simultanément. Elle permet :
- l'isolation électrique des ensembles de stockage 20 vis-à- vis du boîtier 10 grâce à une tension de claquage supérieure à 1 kV, - l'absorption des dispersions géométriques des ensembles de stockage 20 dues aux tolérances de fabrication, grâce à son aptitude à la compression,
- l'amélioration des échanges thermiques entre les ensembles de stockage 20 et l'extérieur du module. Dans un mode de réalisation avantageux, la paroi en contact avec les éléments de dissipation thermique est la paroi inférieure 13 du boîtier 10, et la paroi en contact avec la carte électronique de gestion 40 est une paroi latérale 14 du boîtier 10.
En effet, les ensembles de stockage 20 conduisent préférentiellement de la chaleur selon leur axe de révolution (axe longitudinal), de sorte qu'un refroidissement axial des ensembles de stockage 20 est plus efficace qu'un refroidissement radial de ceux-ci.
Selon le mode de réalisation, les ensembles de stockage 20 sont reliés thermiquement soit à la paroi supérieure 12, soit à la paroi inférieure 13, soit aux parois supérieure et inférieure 12, 13 du boîtier 10.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 4, les ensembles de stockage 20 sont reliés thermiquement aux parois supérieure et inférieure 12, 13.
La mise en contact thermique des ensembles de stockage avec deux parois permet d'améliorer le refroidissement des ensembles de stockage par une augmentation de la surface d'échange thermique entre les ensembles de stockage 20 et l'extérieur du module. Le boîtier
Le boîtier 10 permet la manutention du module, renforce l'isolation électrique et protège le cœur du module et son électronique des agressions potentielles extérieures.
Ce boîtier peut être parallélépipédique, pour être disposé à la place utilisée actuellement par une batterie de véhicule automobile , ou cylindrique, par exemple pour être logé dans l'espace libéré par une roue de secours , ou encore prismatique, définissant dans tous les cas des faces supérieure et inférieure, et des faces latérales.
Dans un mode de réalisation, les parois supérieure 12, inférieure 13 et latérales 14 du boîtier 10 sont en aluminium anodisé pour favoriser le refroidissement du module d'une part, via une meilleure dissipation radiative, et pour renforcer la tenue à la corrosion du module d'autre part. Ainsi, l'utilisation de parois 12, 13, 14 en aluminium ou en matériau composite carboné permet d'améliorer la conduction thermique entre l'intérieur et l'extérieur du boîtier par rapport à des parois en matériau plastique ou en acier à caractéristiques mécaniques identiques. Ceci augmente l'efficacité du refroidissement des ensembles de stockage 20 et de la carte électronique 40.
Dans certaines variantes de réalisation de l'invention, le boîtier 10 comprend des ailettes 15 comme représenté aux figures 4 et 5.
Ces ailettes permettent d'augmenter la surface de contact entre le boîtier 10 et le milieu extérieur afin de favoriser les échanges thermiques avec l'extérieur. Ceci permet d'améliorer le refroidissement du module.
Les ailettes 15 peuvent être disposées sur au moins une face extérieure d'une paroi 12, 13, 14 du boîtier 10. Les raidisseurs 15' disposés sur les parois latérales constituent également des ailettes au sens du présent brevet puisqu'ils permettent d'augmenter la surface d'échange convectif des parois. Par exemple, dans un mode de réalisation, les ailettes 15 sont disposées sur la face externe de la paroi du boîtier en contact thermique avec les ensembles de stockage 20 de sorte à améliorer le refroidissement desdits ensembles de stockage 20. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 4, les ailettes 15 sont disposées dans une région centrale 11 de la face externe de la paroi supérieure 12 du boîtier 10.
Ceci permet de faciliter l'évacuation de la chaleur produite par les ensembles 20 situés au centre du boîtier 10 (i.e. les ensembles 20 les plus éloignés des parois latérales 14), et pour lesquels l'évacuation de la chaleur est plus difficile que pour les ensembles 20 situés à la périphérie du boîtier 10 (i.e. les ensembles 20 les plus proches des parois latérales 14).
Dans un autre mode de réalisation, les ailettes 15 sont disposées sur la face externe de la paroi du boîtier 10 en contact thermique avec la carte électronique de gestion 40 de sorte à améliorer le refroidissement de ladite carte électronique de gestion 40.
Avantageusement, dans un autre mode de réalisation, les faces externes des parois 12, 13, 14 en contact thermique avec les ensembles de stockage 20 d'une part et la (ou les) carte(s) électronique(s) 40 d'autre part comprennent des ailettes 15.
Dans le cas où plusieurs parois du boîtier sont en contact thermique avec les ensembles de stockage et/ou la (ou les) carte(s) électronique(s) de gestion, toutes ces parois en contact thermique, ou seulement certaines de ces parois peuvent comprendre des ailettes sur leur face externe. Pour améliorer encore l'évacuation de la chaleur produite par les ensembles de stockage 20, dans une variante de réalisation de l'invention, la paroi en contact thermique avec les ensembles de stockage 20 comprend, ou est associé à, un socle (non représenté) dans lequel est disposé un dispositif de refroidissement (non représenté). Le dispositif de refroidissement peut comprendre un circuit de circulation d'un fluide de refroidissement. Dans le cas où plusieurs parois du boîtier sont en contact thermique avec les ensembles de stockage, le module peut comprendre un dispositif de refroidissement dans une seule ou dans toutes les parois en contact thermique avec les ensembles 20. Ceci permet d'améliorer le refroidissement du module en bénéficiant d'un système externe de refroidissement, d'un véhicule utilisant le module par exemple, tel qu'un circuit de climatisation du véhicule.
Ensemble de stockage d'énergie électrique
Dans le mode de réalisation illustré aux figures 3a à 3d, le module comprend vingt ensembles de stockage d'énergie électrique 20. Les ensembles de stockage sont de forme globalement cylindrique.
Les ensembles de stockage 20 sont disposés dans le boîtier 10, parallèlement les uns aux autres et parallèlement aux parois latérales du boîtier. En d'autres termes, les axes de révolution des ensembles de stockage 20 sont parallèles entre eux et parallèles à chaque plan dans lequel s'étend une paroi latérale respective.
Dans le mode de réalisation illustré aux figures 3a à 3d, les ensembles de stockage 20 sont disposés de sorte que leurs axes de révolution sont perpendiculaires aux parois supérieure 12 et inférieure 13 du boîtier 10.
Les ensembles de stockage 20 sont connectés deux à deux par les moyens de connexions 30 qui seront décrits en détail dans la suite de la description. On notera que dans le mode de réalisation illustré aux figures 3a à 3d, les vingt ensembles de stockage d'énergie électrique 20 sont reliés en série.
Ces ensembles de stockage 20 sont reliés deux à deux alternativement au niveau de leurs couvercles supérieurs 32 et inférieurs 32'.
En d'autres termes, en se référant à un ensemble de stockage, celui-ci est relié par son couvercle supérieur à un premier ensemble de stockage adjacent, et par son couvercle inférieur à un deuxième ensemble de stockage adjacent différent du premier ensemble de stockage.
Bien évidemment, d'autres configurations que la configuration en série peuvent être adoptées en fonction de l'application. Par exemple, dans un module comprenant vingt ensembles de stockage 20, on peut relier en série une paire de dix ensembles de stockage 20 en série, et relier ensuite cette paire en parallèle, etc.
Les ensembles de stockages sont isolés électriquement des parois 12, 13, 14 du boîtier 10.
Carte électronique de gestion
Dans le mode de réalisation illustré aux figures 3a à 3d, le dispositif comprend également quatre cartes électroniques de gestion 40. La carte électronique de gestion 40 permet de gérer la charge et la décharge et le diagnostic des ensembles de stockage d'énergie 20. Par diagnostic, on entend ici l'ensemble des mesures de température, pression, tension et courant permettant de mesure et/ou de calculer l'état de charge ou l'état de santé du module au cours de sa vie active. Notamment, la carte électronique permet de satisfaire deux besoins distincts :
- l'équilibrage des tensions de fin de charge des ensembles de stockage 20 du module,
- l'instrumentation en tension du module. En effet, les éléments de stockage 20 ont des caractéristiques
(capacité, résistances) présentant des dispersions dues à la fabrication, et/ou au vieillissement, etc.
Ces différences font que lors de la charge du module, tous les ensembles de stockage 20 ne possèdent pas la même tension de charge. L'équilibrage comprend donc l'homogénéisation de ces tensions autour d'une même valeur de tension définie en fonction de l'application visée.
La carte électronique de gestion est connectée en parallèle des ensembles de stockage associés en série.
La carte électronique de gestion 40 est isolée électriquement des parois du boîtier 10.
Une carte électronique de gestion 40 comprend une couche de résine époxy 42 sur laquelle est collée un circuit imprimé en cuivre 41. La couche de résine époxy 42 permet la mise en contact thermique tout en assurant l'isolation électrique du circuit imprimé en cuivre 41 avec le boîtier 10.
La carte électronique de gestion 40 est disposée de sorte que la couche de résine époxy 42 vient en contact avec la face interne de la paroi 14 du boîtier 10.
Il sera entendu dans la suite que lorsqu'un élément A est mentionné comme étant « sur » un élément B, celui-ci peut être directement sur l'élément B, ou peut être situé au-dessus de l'élément B et séparé de l'élément B par un ou plusieurs autres éléments intermédiaires. II sera également entendu que lorsqu'un élément A est mentionné comme étant « sur » un élément B, celui-ci peut couvrir toute la surface de l'élément B, ou une portion de l'élément B.
Dans un mode de réalisation illustré à la figure 10, la carte électronique de gestion 40 comprend une plaque en aluminium 43 sur la couche de résine époxy 42 ( de sorte que la couche de résine époxy est située entre le circuit imprimé en cuivre et la couche d'aluminium).
Dans ce cas, c'est la plaque en aluminium qui est mise en contact avec la face interne de la paroi 14 du boîtier 10.
La présence, sur la carte électronique de gestion 40, d'une couche d'aluminium 43 favorise l'évacuation de la chaleur du circuit imprimé 41 en cuivre vers la paroi 14 du boîtier 10 en contact avec la carte électronique de gestion 40.
Dans le mode de réalisation illustré aux figures 3a à 3d, le module comprend quatre cartes électroniques de gestion 40 reliées thermiquement aux faces internes des quatre parois latérales 14 du boîtier 10.
Bien évidemment, les cartes électroniques 40 peuvent être disposées à l'extérieur du boîtier, et donc reliées thermiquement aux faces externes des parois latérales de ce dernier. Une telle disposition peut avoir pour intérêt d'améliorer encore le refroidissement des cartes, et d'en assurer plus facilement la maintenance, sans à avoir à ouvrir le boîtier, mais présente pour inconvénients de les exposer plus facilement aux chocs extérieurs, et de nécessiter une amélioration de l'étanchéité des parois du boîtier
La présence de quatre cartes électroniques sur les quatre parois latérales du module évite que les ensembles de stockage situés à la périphérie du boîtier ne se refroidissent plus vite que les ensembles de stockage 20 situés au centre du boîtier.
En effet, les cartes électroniques 40 jouent dans ce cas le rôle de tampon thermique. La présence de ces tampons thermiques sur les parois latérales induit que les ensembles de stockage 20 disposés à proximité des parois latérales 14 vont refroidir moins rapidement de sorte que tous les ensembles de stockage 20 du module vont refroidir à la même vitesse.
La chaleur étant la principale cause de vieillissement des ensembles de stockage 20, l'homogénéisation de la température à l'intérieur du module induit une homogénéisation du vieillissement des ensembles de stockage 20 du module.
Bien évidemment, le nombre de cartes électroniques sera optimisé en fonction du résultat thermique à obtenir, sans que le nombre de cartes doive obligatoirement être identique au nombre de parois latérales du boîtier, notamment quand le boîtier a une forme circulaire ou complexe liée à l'environnement particulier dans lequel le module est exploité. Moyens de connexion
Dans un mode de réalisation illustré à la figure 6, les moyens de connexion 30 entre deux ensembles de stockage 20 adjacents comprennent deux couvercles 32 ou 32' reliés électriquement par une barrette 31.
Chaque couvercle 32, 32' est destiné à coiffer un ensemble de stockage 20.
Chaque couvercle 32, 32' comprend une borne de connexion 33 destinée à être en contact avec un alésage traversant (non représenté) de la barrette 31. Pour améliorer la conduction électrique entre la borne 33 et la barrette 31 , l'état de surface de l'alésage traversant peut être rendu rugueux afin d'augmenter la surface de contact.
Dans un mode de réalisation, les barrettes 31 sont en cuivre. Ceci permet de diminuer la résistance ohmique des moyens de connexions 30 et donc de minimiser les pertes par effet Joule. Ainsi, la production de chaleur par les moyens de connexion 30 est réduite à l'intérieur du module.
Dans un autre mode de réalisation, les barrettes 31 sont en aluminium. Ceci permet d'améliorer la masse des moyens de connexion tout en conservant une résistance ohmique entre les ensembles de stockage et une conduction thermique satisfaisante entre les ensembles de stockage 20 et le boîtier 10.
Dans une variante, les barrettes 31 pourront être revêtues d'un traitement de surface de type nickelage ou étamage pour le protéger contre la corrosion, mais aussi d'améliorer le contact électrique Pour chaque ensemble de stockage 20, le couvercle supérieur 32 de l'ensemble 20 est relié électriquement avec le couvercle supérieur 32 d'un ensemble adjacent, tandis que le couvercle inférieur 32' du même ensemble est relié électriquement avec le couvercle inférieur 32' d'un autre ensemble de stockage adjacent de sorte que chaque ensemble de stockage 20 peut être connecté à deux ensembles de stockage 20 adjacents, l'un au niveau de son couvercle supérieur 32 et l'autre au niveau de son couvercle inférieur 32'.
Dans le mode réalisation de la figure 7a, les ensembles de stockage d'énergie possèdent des couvercles plats sans borne de connexion. Ils sont alors soudés ou brasées par paires avec leurs voisins au moyen de barrettes soudées ou brasées dans le même arrangement que décrit au paragraphe précédent. Dans le cas de soudage laser par transparence, les barrettes pourront disposer de zones préférentielles amincies, similaires à celles décrites plus bas à propos du soudage des bi-couvercles La surface de contact entre la barrette 31 et un couvercle 32 est préférentiellement supérieure ou égale à un quart de la surface du couvercle 32, et encore plus préférentiellement supérieure ou égale à la moitié de la surface du couvercle 32, voire même sur la totalité de la surface du couvercle. Cette configuration des ensembles de stockage permet de maximiser la surface de contact entre la barrette 31 et le couvercle 32, 32' et donc de favoriser les échanges thermiques entre le couvercle 32, 32' et le boîtier au travers de la barrette 31.
Dans un autre mode de réalisation illustré aux figures 7, 8 et 9, les moyens de connexion 30 comprennent une pièce longitudinale 34 , appelée bi-couvercle, dont les extrémités 35, 36 forment les couvercles supérieurs 32 ou les couvercles inférieurs 32' de deux ensembles de stockage 20 adjacents pour les connecter électriquement.
L'utilisation de la pièce longitudinale 34 pour connecter électriquement deux ensembles de stockage adjacents permet d'accroître les performances électriques et thermiques des modules.
En effet, en ce qui concerne les performances électriques, l'utilisation des moyens de connexion réalisés en une seule pièce permet de diminuer la résistance interne des moyens de connexion (et donc la production de chaleur par effet Joule). En ce qui concerne les performances thermiques, l'utilisation de moyens de connexion en une seule pièce, aptes à former les couvercles supérieurs (ou inférieurs) de deux ensembles de stockage permet d'augmenter la surface de contact entre les ensembles de stockage 20 et les parois du module, ce qui favorise la diffusion thermique vers le boîtier 10.
Dans le cas où, les bi-couvercles sont soudés laser par transparence, chaque extrémité 35, 36 du bi-couvercle 34 comprend zones préférentielles amincies 37 pour former des zones de soudage.
Dans les modes de réalisation illustrés aux figures 8 et 9, les zones préférentielles amincies 37 sont radiales et perpendiculaires deux à deux.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 8, une zone préférentielle amincie 37 de chaque extrémité 35, 36 s'étend selon l'axe longitudinal B-B de la pièce longitudinale 34.
Ceci permet de diminuer la résistance interne de la pièce longitudinale 34 (et donc la production de chaleur par effet Joule des moyens de connexion 30). Toutefois, dans ce cas, le courant circule principalement au niveau des zones amincies rectilignes s'étendant selon l'axe longitudinal
B-B de la pièce longitudinale 34. Ceci peut provoquer un échauffement local de la pièce longitudinale au niveau des zones amincies rectilignes s'étendant selon l'axe longitudinal B-B de la pièce longitudinale 34.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 9, les zones amincies rectilignes radiaux 37 sont perpendiculaires deux à deux et ont un angle de 45° avec l'axe longitudinal de la pièce. Ceci permet d'éviter les risques de détérioration liés à réchauffement local mentionné ci-dessus.
Alternatives
Le lecteur aura compris que de nombreuses modifications peuvent être apportées au module décrit précédemment sans sortir matériellement des nouveaux enseignements et des avantages décrits ici.
Par conséquent, toutes les modifications de ce type sont destinées à être incorporées à l'intérieur de la portée du module tel que défini dans les revendications jointes. Par exemple, le nombre d'ensembles de stockage du module peut être supérieur ou inférieur à 20. Par exemple, le module peut comprendre deux ensembles de stockage d'énergie électrique, ou plus de deux ensembles de stockage. Par exemple, les éléments de stockage d'énergie peuvent être reliés entre eux par des moyens combinés entre ceux décrits plus haut :
- bi-couvercles en bas, et couvercles à bornes en haut (figure 7),
- bi-couvercles en bas, et couvercles plats soudés ou brasés en haut (figure 7a), - bi-couvercles en bas et en haut (figure 7b),
- barrettes soudées en haut et en bas (figure 7c),
- couvercles à bornes en haut et barrettes soudée en bas (figure 7d),
- couvercles à bornes en haut et en bas (figure 6), et ceci en fonction contraintes d'assemblage et des besoins de fabrication.
De même, le nombre de cartes électroniques de gestion peut être supérieur ou inférieur à 4. Par exemple, le module peut comprendre une unique carte de gestion.
Dans ce cas, les deux ensembles de stockage sont reliés thermiquement à une première paroi et la carte électronique de gestion est reliée à une deuxième paroi - différente de la première paroi - de manière à augmenter les échanges thermiques avec l'extérieur, et ainsi favoriser l'évacuation de la chaleur produite par les ensembles de stockage, les moyens de connexion et la carte électronique de gestion. Par ailleurs, dans les différents modes de réalisation décrits ci-dessus, on a présenté :
- les ensembles de stockage comme étant reliés thermiquement soit à la paroi inférieure du boîtier, soit à la paroi supérieure du boîtier, soit aux parois supérieure et inférieure du boîtier, et la carte électronique de gestion comme étant reliée à une, deux, trois ou quatre des parois latérales du boîtier. De la même façon, l'agencement géométrique des éléments de stockage est décrit plus haut en réseau carré, mais peut être également de n'importe quelle forme, comme par exemple triangulaire, parallélogramme, hexagonale, octogonale, etc ..
Avantageusement, le lecteur aura compris que les liaisons thermiques des ensembles de stockage et des cartes électroniques de gestion peuvent être inversées, à savoir que : . les ensembles de stockage peuvent être reliés à une ou plusieurs parois latérales du boîtier, par exemple dans le cas où les éléments de stockage d'énergie seraient agencés à plat de façon à respecter l'évacuation axiale de la chaleur des vers l'extérieur du boîtier. Les cartes électroniques de gestion peuvent être reliées à la paroi supérieure, ou à la paroi inférieure, ou aux parois supérieure et inférieure.
Pour simplifier la description, nous avons décrit des modules s'étendant globalement verticalement. Bien entendu les modules pourraient avoir une orientation quelconque sans sortir du cadre de l'invention.
Egalement, dans la présente description, les ensembles de stockage et leur orientation a été définie par rapport à des ensembles de stockage comprenant une section circulaire. Bien évidemment, les ensembles de stockage pourraient avoir une section quelconque. Enfin, les descriptions précédentes ont été proposées en liaison avec une construction de module comprenant un seul niveau d'éléments, mais il est évident que l'invention peut également être appliquée à des modules comportant plusieurs couches d'éléments, les échanges thermiques avec le boîtier s'appliquant aux couches externes de l'ensemble.

Claims

REVENDICATIONS
1. Module comprenant un boîtier (10) dans lequel sont disposés au moins deux ensembles de stockage d'énergie électrique (20) reliés par des moyens de connexion (30) et au moins une carte électronique
(40) pour la gestion d'énergie et le diagnostic des ensembles de stockage d'énergie (20), caractérisé en ce que des parois différentes (12, 13, 14) du boîtier (10) sont en contact thermique tout en étant en isolation électrique respectivement :
- pour au moins une paroi (12, 13) avec des éléments de dissipation thermique liés aux ensembles de stockage d'énergie électrique (20),
- pour au moins une autre paroi (14) avec la carte électronique de gestion (40), de sorte à favoriser le refroidissement dudit module.
2. Module selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le boîtier (10) comprend des ailettes (15, 15') sur au moins une face extérieure du boîtier (10).
3. Module selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ailettes (15) sont disposées sur la face externe de la paroi (12, 13) du boîtier (10) en contact thermique avec les éléments de dissipation thermique liés aux ensembles de stockage (20).
4. Module selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les ailettes (15') sont disposées sur la face externe de l'autre paroi (14) du boîtier (10) en contact thermique avec la carte électronique de gestion (40).
5. Module selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le boîtier (10) est en aluminium.
6. Module selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le boîtier (10) est en matériau composite carboné.
7. Module selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la paroi (12, 13) en contact avec les éléments de dissipation thermique est la paroi inférieure (13) du boîtier (10) et l'autre paroi (14) en contact avec la carte électronique de gestion (40) est une paroi latérale du boîtier (10).
8. Module selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la paroi (13) en contact thermique avec les éléments de dissipation thermique comprend ou est associé à un socle dans lequel est disposé un dispositif de refroidissement.
9. Module selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement comprend un circuit de circulation d'un fluide de refroidissement.
10. Module selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la carte électronique de gestion (40) comprend une couche de résine époxy (42) sur laquelle est collée un circuit imprimé en cuivre (41 ).
11. Module selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche de résine époxy (42) est en contact avec la face interne de l'autre paroi (14) du boîtier (10).
12. Module selon la revendication 10, caractérisé en ce que la carte électronique de gestion (40) comprend une plaque en aluminium (43) sur la couche de résine époxy (42), la plaque en aluminium (43) étant en contact avec la face interne de l'autre paroi (14) du boîtier (10).
13. Module selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que deux parois (12, 13) sont en contact thermique tout en étant en isolation électrique avec les éléments de dissipation thermique liés aux ensembles de stockage d'énergie (20).
14. Module selon la revendication 13, caractérisé en ce que les deux parois (12, 13) en contact thermique avec les éléments de dissipation thermique liés aux ensembles de stockage d'énergie (20) sont les parois supérieure (12) et inférieure (13) du boîtier (10).
15. Module selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une carte électronique de gestion (40), ladite carte électronique de gestion (40) étant en contact avec au moins une paroi latérale (14) du boîtier (10).
16. Module selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comporte autant de cartes électroniques de gestion que le boîtier comporte de parois latérale, chacune desdites cartes étant en contact avec une paroi latérale (14) respective du boîtier (10)
17. Module selon l'une des revendications 15 ou 16, caractérisé en ce que les cartes de gestion sont en contact avec la face interne de la paroi latérale du boîtier.
18. Module selon l'une des revendications 15 ou 16, caractérisé en ce que les cartes de gestion sont en contact avec la face externe de la paroi latérale du boîtier.
19. Module selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que les moyens de connexion (30) entre deux ensembles de stockage (20) adjacents comprennent deux couvercles (32) reliés électriquement par une barrette (31 ), chaque couvercle (32) comprenant une borne de connexion (33) destinée à être en contact avec un alésage traversant de la barrette (31 ).
20. Module selon la revendication 19, caractérisé en ce que l'alésage traversant la barrette possède une rugosité de surface élevée pour favoriser le contact électrique avec la borne de connexion (33).
21. Module selon l'une des revendications 19 ou 20, caractérisé en ce que les barrettes (31 ) sont en cuivre.
22. Module selon la revendication 21 , caractérisé en ce que les barrettes (31 ) en cuivre comportent un étamage à titre de protection de surface.
23. Module selon l'une des revendications 19 ou 20, caractérisé en ce que les barrettes (31 ) sont en aluminium.
24. Module selon la revendication 23, caractérisé en ce que les barrettes (31 ) en aluminium comportent un étamage ou un nickelage à titre de protection de surface.
25. Module selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que les moyens de connexion (30) entre deux ensembles de stockage (20) adjacents comprennent deux couvercles (32) reliés électriquement par une barrette (31 ') soudée laser par transparence.
26. Module selon la revendication 25, caractérisé en ce que le soudage de la barrette (31 ) est effectué au travers de zones préférentielles amincies.
27. Module selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que les moyens de connexion (30) entre deux ensembles de stockage (20) adjacents comprennent deux couvercles (32) reliés électriquement par une barrette (31 ') brasée sur les couvercles (32).
28. Module selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que les moyens de connexion (30) entre deux ensembles de stockage (20) adjacents comprennent deux couvercles (32) reliés électriquement par une barrette (31 ') par brasage-diffusion de la barrette sur les couvercles.
29. Module selon l'une des revendications 19 à 28, caractérisé en ce que la surface de contact entre la barrette (31 ) et un couvercle (32) est supérieure ou égale à un quart de la surface du couvercle (32).
30. Module selon la revendication 17, caractérisé en ce que la surface de contact entre la barrette (31 ) et un couvercle (32) est supérieure ou égale à la moitié de la surface du couvercle (32).
31. Module selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que deux ensembles de stockage (20) adjacents sont reliés électriquement par une pièce longitudinale (34) dont les extrémités (35, 36) forment les couvercles, respectivement supérieurs (32) ou inférieurs (32') de chacun des ensembles de stockage (20) adjacents de manière à connecter électriquement lesdits ensembles de stockage (20) adjacents.
32. Module selon la revendication 31 , caractérisé en ce que chaque extrémité (35, 36) de la pièce longitudinale (34) comprend des zones préférentielles amincies radiales (37).
33. Module selon l'une des revendications 31 ou 32, caractérisé en ce que les zones préférentielles amincies (37) sont perpendiculaires deux à deux et ont un angle de 45° avec l'axe longitudinal (B-B) de la pièce (34).
34. Module selon l'une des revendications 31 ou 32, caractérisé en ce que les zones préférentielles amincies (37) sont perpendiculaires deux à deux, au moins une zone (37) de chaque extrémité (35, 36) s'étendant selon l'axe longitudinal (B-B) de la pièce (34).
35. Module selon l'une des revendications 1 à 23, caractérisé en ce que les moyens de connexion (30) comprennent les éléments de dissipation thermique (38).
36. Module selon l'une des revendications 1 à 24, caractérisé en ce que les éléments de dissipation thermique (38) entre les éléments et la paroi du module comprennent une couche d'élastomère.
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