WO2014044941A1 - Procédé de fabrication d'un stockeur d'énergie électrique et stockeur correspondant - Google Patents

Procédé de fabrication d'un stockeur d'énergie électrique et stockeur correspondant Download PDF

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Fabien Guerin
Guillaume LUCOT
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Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing electrical energy storage devices such as capacitors or accumulators, and in particular to a manufacturing method of the type of those where at least two cells of the storage unit are arranged in series in an envelope for automotive applications.
  • the invention also relates to such a storer.
  • Motor vehicles with a combustion engine conventionally comprise an on-board electrical network comprising a battery, generally 12 V, intended to supply electrical energy to various equipment, in particular a starter, which is essential for starting the engine. After starting, an alternator coupled to the engine ensures the charging of the battery.
  • This envelope makes it possible to secure and protect the cells, and also allows the dissipation of the heat produced by the charging and discharging cycles of the storage unit.
  • This envelope also supports power terminals for connecting the storer to the power grid of the vehicle or directly to another power equipment.
  • the patent application WO201 1 157629 describes an electrical energy storage device of this type comprising several capacitors of high capacity of the EDLC (Electrochemical Double Layer Capacitor) type, that is to say, electrochemical capacitor. "double layer”), known as ultracapacities.
  • EDLC Electrochemical Double Layer Capacitor
  • polarized ultracapacitors generally have a low operating voltage, of the order of a few volts (2.7 V for standard models); several cells connected in series are therefore necessary to reach the voltages under which the equipment of a vehicle currently operates,
  • ultracapacities are of a model whose height is important compared to the diameter.
  • this single-line arrangement of the cells leads to arranging the power terminals at both ends of the envelope.
  • connection cables of the storage unit described in the patent application WO201 1 157629 are necessarily long, which increases the losses by Joule effect and contributes significantly to a decrease in the efficiency of the power supply system, taking into account the great intensities at stake.
  • the present invention aims to satisfy this need.
  • It relates generally to a method of manufacturing a motor vehicle electrical energy store of the type consisting of:
  • the cells being aligned side by side on at least two parallel rows so that the first and second power terminals are located on the same side of the electrical energy storage unit .
  • the method also comprises the steps of:
  • the manufacturing method according to the invention also comprises:
  • connection bars connect the first and second poles by means of the corresponding connection bars.
  • the storage casing is also advantageously produced in the form of a tank by stamping a sheet.
  • the method of manufacturing an electrical energy store according to the invention further comprises soldering the connection bars by laser.
  • the invention also relates to an electrical energy store of the type comprising:
  • At least two electrical energy storage cells each having a positive pole and a negative pole on two opposite faces;
  • the cells being aligned side by side forming at least two rows of parallel cells in the envelope and the first and second power terminals being located on the same side of the electrical energy storage unit.
  • the cells which have different lengths within predetermined tolerance limits, are held by two flanges which advantageously have at least one zone of flexibility around which at least one articulator is articulated. part of these two flanges secured to one of the rows of cells.
  • these flanges support connecting bars welded to a plurality of copies of said positive pole and said negative pole opposite each of the two flanges.
  • the envelope of the cells is advantageously formed of a pressed sheet metal tank.
  • said first and second power terminals are supported by a terminal block which further supports an electronic module for controlling the cells and forming a lid of the tank.
  • the cells are preferably high capacity capacitors of the EDLC type.
  • Figures 1a, 1b and 1c are three views showing three particular stages of advancement of the method of manufacturing an electrical energy store according to the invention.
  • Figures 2a and 2b show the principle of the compensation of length tolerances of the cells by a displacement of a portion of a flange to allow the welding of a connecting bar.
  • the method according to the invention consists of arranging the cells 2 side by side in at least two rows, as shown in FIG. 1a for an example of ultracapacitor storage unit comprising six 650 F cells distributed in two parallel rows of three cells 2 each.
  • One of the flanges 3, 4 carries two connecting bars 5, 6 welded to one pole 7 of the first of the six cells 2 and the other 6 to the opposite pole 8 of the latter.
  • the other flange 4 also carries another connection bar 9 welded to the positive and negative poles 10, 1 1 of the cells 2 opposite this other flange 4.
  • FIG. 1b shows a second stage of progress of the manufacturing process of the storage unit according to the invention 1 where first 12 and second 13 power terminals of a terminal block 14 have been soldered to the connection bars 5, 6 of the flange 3.
  • Terminal block 14 supports an electronic power module 15 for controlling cells 2, in particular for the purpose of equalizing charges.
  • Connectors 16 for the electrical connections required for these purposes are arranged at each group of two cells 2.
  • Figure 1c shows the storer 1 according to the invention nearing completion.
  • a casing-shaped shell 17 formed by stamping is placed on the assembly formed by the cells 2 held by the flanges 3, 4, and the terminal block 14 supporting the electronic power module 15. .
  • the terminal block 14 closes the pack tightly thanks to an edge 19 having a suitable profile.
  • the odds chain can be evaluated statistically rather than arithmetically.
  • the difference to be considered is then only 1.75 mm.
  • the flange 3 used to set up and maintain the cells 2 would no longer fulfill its role and would even prevent laser welding the connection bar 7 on the pole 6, the latter not being in contact with it. this.
  • the manufacturing method according to the invention therefore also consists in providing the flange 3 with a zone of flexibility 20 in order to allow the displacement of a portion 21 of the flange 3 of way to bring the connection bar 5 on the pole 7, as shown in Figure 2b.
  • the electric energy store 1 thus produced has the advantage of being more compact than the same type of storages known in the state of the art in the automotive field.
  • control electronics 15 are integrated in the storer 1 and protected by the envelope 17.
  • the power terminals 12, 13 on the same side of the storer 1 allow shorter links to the associated equipment.
  • Cells 2 of a different type, in particular batteries, are alternatively advantageously arranged to form a storage unit 1 by the manufacturing method according to the invention.

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Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UN STOCKEUR D'ENERGIE ELECTRIQUE ET
STOCKEUR CORRESPONDANT
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION.
La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication de stockeurs d'énergie électrique tels que des condensateurs ou des accumulateurs, et notamment à un procédé de fabrication du type de ceux ou au moins deux cellules du stockeur sont agencées en série dans une enveloppe pour les applications à l'automobile.
L'invention concerne également un tel stockeur.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION.
Les véhicules automobiles à moteur thermique comportent classiquement un réseau électrique de bord comprenant une batterie, généralement de 12 V, destiné à alimenter en énergie électrique les divers équipements, notamment un démarreur, indispensable pour assurer le démarrage du moteur thermique. Après le démarrage, un alternateur accouplé au moteur thermique assure la charge de la batterie.
De nos jours, des considérations écologiques ont conduit au développement de véhicules automobiles mettant en œuvre des technologies dites "micro-hybrid", "mild-hybrid" ou "full-hybrid" dans lesquelles le stockeur d'énergie récupère de plus l'énergie au freinage, apporte un supplément de puissance et de couple au moteur thermique ou fournit seul l'énergie nécessaire à la propulsion du véhicule.
Pour satisfaire aux niveaux de puissance et d'énergie requis pour assurer ces nouvelles fonctions, il est le plus souvent nécessaire de créer des stockeurs comprenant plusieurs cellules disposées en série et/ou en parallèle à l'intérieur d'une enveloppe.
Cette enveloppe permet de solidariser et de protéger les cellules, et permet également la dissipation de la chaleur produite par les cycles de charge et de décharge du stockeur.
Cette enveloppe supporte également des bornes de puissance permettant de relier le stockeur au réseau électrique de puissance du véhicule ou directement à un autre équipement de puissance. La demande de brevet WO201 1 157629 décrit un stockeur d'énergie électrique de ce type comprenant plusieurs condensateurs de grande capacité du type EDLC (acronyme de l'anglais "Electrochemical Double Layer Capacitor", c'est- à-dire "condensateur électrochimique à double couche"), connus sous le nom d'ultracapacités.
Ces ultracapacités polarisées ont généralement une faible tension de service, de l'ordre de quelques volts (2,7 V pour des modèles standard); plusieurs cellules connectées en série sont donc nécessaires pour atteindre les tensions sous lesquelles fonctionnent couramment les équipements d'un véhicule,
Elles se présentent le plus souvent sous la forme générale d'un cylindre allongé, avec un pôle positif et un pôle négatif à chaque extrémité. Quelques fois ces ultracapacités sont d'un modèle dont la hauteur est importante par rapport au diamètre.
Il en résulte qu'un stockeur comme celui décrit dans la demande de brevet WO201 1 157629, où toutes les cellules sont alignées en une seule rangée, peut atteindre une longueur importante.
Outre un facteur de forme qui peut être incompatible avec l'espace disponible dans le véhicule, cette disposition en une seule ligne des cellules conduit à agencer les bornes de puissance aux deux extrémités de l'enveloppe.
II s'ensuit que les câbles de connexion du stockeur décrit dans la demande de brevet WO201 1 157629 sont nécessairement longs, ce qui augmente les pertes par effet Joule et contribue significativement à une diminution du rendement du système d'alimentation électrique, compte tenu des grandes intensités mise en jeu.
Il existe donc un besoin pour un procédé de fabrication d'un stockeur d'énergie électrique plus compact qui ne présenterait pas ces inconvénients.
DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION.
La présente invention vise à satisfaire ce besoin.
Elle concerne, de manière générale, un procédé de fabrication d'un stockeur d'énergie électrique de véhicule automobile du type de ceux consistant à:
- agencer en série au moins deux cellules de stockage d'énergie électrique présentant chacune un pôle positif et un pôle négatif sur deux faces opposées;
- relier un premier pôle de la première de ces cellules à une première borne de puissance et un second pôle opposé de la dernière de ces cellules à une seconde borne de puissance; - produire une enveloppe;
- agencer ces cellules à l'intérieur de l'enveloppe, les cellules étant alignées côte à côte sur au moins deux rangées parallèles de telle sorte que les première et seconde bornes de puissance sont situées d'un même côté du stockeur d'énergie électrique.
Conformément à l'invention, le procédé comprend également les étapes de :
- produire deux flasques destinés à maintenir les cellules et à supporter des barres de connexion;
- munir au moins l'un des deux flasques d'au moins une zone de souplesse destinée à permettre le déplacement d'au moins une partie des deux flasques selon une direction des rangées;
- souder aux barres de connexion une pluralité d'exemplaires du pôle positif et du pôle négatif en regard de chacun des deux flasques en déplaçant au moins la partie mentionnée ci-dessus de manière à compenser des tolérances en longueur des cellules.
Selon un mode de réalisation particulier, le procédé de fabrication selon l'invention consiste en outre à:
- produire un bornier comportant les première et seconde bornes de puissance;
- relier les premier et second pôles au moyen des barres de connexion correspondantes.
Dans le procédé de fabrication d'un stockeur d'énergie électrique selon l'invention, on produit en outre avantageusement l'enveloppe du stockeur sous la forme d'une cuve par emboutissage d'une tôle.
Selon un autre mode de réalisation particulier, le procédé de fabrication d'un stockeur d'énergie électrique selon l'invention consiste en outre à souder les barres de connexion par laser.
L'invention concerne également un stockeur d'énergie électrique du type de ceux comprenant:
- au moins deux cellules de stockage d'énergie électrique présentant chacune un pôle positif et un pôle négatif sur deux faces opposées;
- une première borne de puissance reliée à un premier pôle de la première des cellules et une seconde borne de puissance reliée à un second pôle opposé de la dernière des cellules;
- une enveloppe contenant ces cellules ; - les cellules étant alignées côte à côte en formant au moins deux rangées de cellules parallèles dans l'enveloppe et les première et seconde bornes de puissance étant situées d'un même côté du stockeur d'énergie électrique.
Conformément à l'invention, dans le stockeur d'énergie électrique, les cellules, qui présentent différentes longueurs dans des limites de tolérances prédéterminées, sont maintenues par deux flasques présentant fort avantageusement au moins une zone de souplesse autour de laquelle est articulée au moins une partie de ces deux flasques solidaire d'une des rangées de cellules.
Selon une forme particulière de réalisation, ces flasques supportent des barres de connexion soudées à une pluralité d'exemplaires dudit pôle positif et dudit pôle négatif en regard de chacun des deux flasques.
Dans le stockeur d'énergie électrique selon l'invention, l'enveloppe des cellules est formée avantageusement d'une cuve en tôle emboutie.
Selon une forme particulière de réalisation, lesdites première et seconde bornes de puissance sont supportées par un bornier supportant de plus un module électronique de puissance de contrôle des cellules et formant couvercle de la cuve.
Dans le stockeur d'énergie électrique selon l'invention, les cellules sont préférentiellement des condensateurs de grande capacité de type EDLC.
Ces quelques spécifications essentielles auront rendu évidents pour l'homme de métier les avantages apportés par le procédé de fabrication d'un stockeur d'énergie électrique selon l'invention, et le stockeur ainsi fabriqué.
Les spécifications détaillées de l'invention sont données dans la description qui suit en liaison avec les dessins ci-annexés. Il est à noter que ces dessins n'ont d'autre but que d'illustrer le texte de la description et ne constituent en aucune sorte une limitation de la portée de l'invention.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS.
Les Figures 1a, 1 b et 1c sont trois vues montrant trois stades particuliers d'avancement du procédé de fabrication d'un stockeur d'énergie électrique selon l'invention.
Les Figures 2a et 2b montrent le principe de la compensation des tolérances en longueur des cellules par un déplacement d'une partie d'un flasque afin de permettre la soudure d'une barre de connexion. DESCRIPTION DU MODE DE REALISATION PREFERE DE L'INVENTION.
Dans le but de rendre les stockeurs 1 du type concerné par l'invention plus compacts, le procédé selon l'invention consiste à agencer les cellules 2 côte à côte sur au moins deux rangées, comme le montre bien la Figure 1a pour un exemple de stockeur à ultracapacités comprenant six cellules de 650 F réparties sur deux rangées parallèles de trois cellules 2 chacune.
Dans un premier stade d'avancement du procédé de fabrication montré sur la Figure 1a, les cellules 2 ont déjà été assemblées entre deux flasques 3, 4.
L'un 3 des flasques 3, 4 porte deux barres de connexion 5, 6 soudées l'une 5 sur un pôle 7 de la première des six cellules 2 et l'autre 6 sur le pôle opposé 8 de la dernière.
L'autre flasque 4 porte également une autre barre de connexion 9 soudée sur les pôles positif et négatif 10, 1 1 des cellules 2 en regard de cet autre flasque 4.
La Figure 1 b montre un deuxième stade d'avancement du procédé de fabrication du stockeur selon l'invention 1 où des première 12 et seconde 13 bornes de puissance d'un bornier 14 ont été soudées sur les barres de connexion 5, 6 du flasque 3.
Le bornier 14 supporte un module électronique de puissance 15 de contrôle des cellules 2, notamment aux fins d'égalisation des charges.
Des connecteurs 16 pour les liaisons électriques nécessaires à ces fins sont agencés au niveau de chaque groupe de deux cellules 2.
La Figure 1c montre le stockeur 1 selon l'invention en voie d'achèvement. A ce troisième stade d'avancement, une enveloppe 17 en forme de cuve, formée par emboutissage est placée 18 sur l'ensemble formé par les cellules 2 maintenues par les flasques 3, 4, et le bornier 14 supportant le module électronique de puissance 15.
Le bornier 14 assure la fermeture du pack de manière étanche grâce à un bord 19 présentant un profil adapté.
La complétion du premier stade d'avancement du procédé selon l'invention comporte cependant des difficultés car les cellules 2 ont une tolérance en longueur de plus ou moins 0,55 mm.
Ainsi, dans le cas de l'assemblage de trois cellules 2 en ligne, la longueur totale d'une rangée L1 , L2 peut varier de plus ou moins 1 ,65 mm. Comnne le montre bien la Figure 2a, cela peut se traduire par un décalage Δ = L2 - L1 maximum de 3,3 mm entre le pôle 7 de la première des six cellules 2 et le pôle opposé 8 de la dernière dans la direction des rangées.
Compte tenu du nombre de cotes en jeu (18 dans cet exemple), la chaîne de cotes peut être évaluée de façon statistique plutôt que de façon arithmétique. L'écart à considérer n'est plus alors que de 1 ,75 mm.
Malgré tout, le flasque 3 servant à mettre en place et maintenir les cellules 2 ne remplirait plus son rôle et empêcherait même de souder par laser la barre de connexion 7 sur le pôle 6, celle-ci n'étant pas en contact avec celui-ci.
De manière à compenser les tolérances en longueurs des cellules 2, le procédé de fabrication selon l'invention consiste donc en outre à munir le flasque 3 d'une zone de souplesse 20 afin de permettre le déplacement d'une partie 21 du flasque 3 de façon à pouvoir amener la barre de connexion 5 sur le pôle 7, comme le montre la Figure 2b.
Le stockeur d'énergie électrique 1 ainsi réalisé présente l'avantage d'être plus compact que les stockeurs de même type connus de l'état de la technique dans le domaine de l'automobile.
Un autre avantage est que l'électronique de contrôle 15 est intégrée dans le stockeur 1 et protégée par l'enveloppe 17.
Les bornes de puissance 12, 13 d'un même coté du stockeur 1 permettent des liaisons plus courtes vers les équipements associés.
Comme il va de soi l'invention ne se limite pas au seul mode d'exécution préférentiel décrit ci-dessus. Une description analogue pourrait porter sur la fabrication d'un stockeur 1 à ultracapacités comportant un nombre de cellules 2 supérieur à six organisées selon un nombre de rangées supérieur à deux.
Des cellules 2 d'un type différent, notamment des batteries, sont alternativement avantageusement agencées pour constituer un stockeur 1 par le procédé de fabrication selon l'invention.
L'invention embrasse donc toutes les variantes possibles de réalisation dans la mesure où ces variantes restent dans le cadre défini par les revendications ci-après.

Claims

REVENDICATIONS
1) Procédé de fabrication d'un stockeur d'énergie électrique (1 ) de véhicule automobile du type de ceux consistant à
- agencer en série au moins deux cellules de stockage d'énergie électrique (2) présentant chacune un pôle positif et un pôle négatif (7, 8, 10, 1 1 ) sur deux faces opposées;
- relier un premier pôle (7) de la première desdites au moins deux cellules (2) à une première borne de puissance (12) et un second pôle opposé (8) de la dernière desdites au moins deux cellules (2) à une seconde borne de puissance (13);
- produire une enveloppe (17);
- agencer lesdites au moins cellules (2) à l'intérieur de ladite enveloppe (17), lesdites cellules (2) étant alignées côte à côte sur au moins deux rangées parallèles de telle sorte que lesdites première et seconde bornes de puissance (12, 13) sont situées d'un même côté dudit stockeur d'énergie électrique (1 ) ;
caractérisé en ce qu'il consiste en outre à:
- produire deux flasques (3, 4) destinés à maintenir lesdites au moins deux cellules (2) et à supporter des barres de connexion (5, 6, 9);
- munir au moins l'un desdits deux flasques (3, 4) d'au moins une zone de souplesse (20) destinée à permettre le déplacement d'au moins une partie (21 ) desdits deux flasques (3, 4) selon une direction desdites rangées;
- souder auxdites barres de connexion (5, 6, 9) une pluralité d'exemplaires dudit pôle positif et dudit pôle négatif (7, 8, 10, 1 1 ) en regard de chacun desdits deux flasques (3, 4) en déplaçant ladite au moins une partie (21 ) de manière à compenser des tolérances en longueur desdites au moins deux cellules (2).
2) Procédé de fabrication d'un stockeur d'énergie électrique (1 ) de véhicule automobile selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il consiste en outre à:
- produire un bornier (14) comportant lesdites première et seconde bornes de puissance (12, 13);
- relier lesdits premier et second pôles (7, 8) au moyen desdites barres de connexion (5, 6) correspondantes. 3) Procédé de fabrication d'un stockeur d'énergie électrique (1 ) de véhicule automobile selon la revendication 1 ou 2 précédente, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à produire ladite enveloppe (17) sous la forme d'une cuve par emboutissage d'une tôle.
4) Procédé de fabrication d'un stockeur d'énergie électrique (1 ) de véhicule automobile selon la revendication 1 ou 2 précédente, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à souder lesdites barres de connexion (5, 6, 9) par laser.
5) Stockeur d'énergie électrique (1 ) du type de ceux comprenant:
- au moins deux cellules de stockage d'énergie électrique (2) présentant chacune un pôle positif et un pôle négatif (7, 8, 10, 1 1 ) sur deux faces opposées;
- une première borne de puissance (12) reliée à un premier pôle (7) de la première desdites au moins deux cellules (2) et une seconde borne de puissance (13) reliée à un second pôle opposé (8) de la dernière desdites au moins deux cellules (2);
- une enveloppe (17) contenant lesdites au moins deux cellules (2);
- lesdites au moins deux cellules (2) étant alignées côte à côte en formant au moins deux rangées de cellules parallèles dans ladite enveloppe (17) et lesdites première et seconde bornes de puissance (12, 13) étant situées d'un même côté dudit stockeur d'énergie électrique (1 ) ;
caractérisé en ce que lesdites au moins deux cellules (2) présentant différentes longueurs dans des limites de tolérances prédéterminées sont maintenues par deux flasques (3, 4) présentant au moins une zone de souplesse (20) autour de laquelle est articulée au moins une partie (21 ) desdits deux flasques (3, 4) solidaire d'une desdites rangées de cellules (2).
6) Stockeur d'énergie électrique (1 ) selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits flasques (3, 4) supportent des barres de connexion (5, 6, 9) soudées à une pluralité d'exemplaires dudit pôle positif et dudit pôle négatif (7, 8, 10, 1 1 ) en regard de chacun desdits deux flasques (3, 4).
7) Stockeur d'énergie électrique (1 ) selon la revendication 5 ou 6 précédente, caractérisé en ce que ladite enveloppe (17) est formée d'une cuve en tôle emboutie. 8) Stockeur d'énergie électrique (1 ) selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites première et seconde bornes de puissance (12, 13) sont supportées par un bornier (14) supportant de plus un module électronique de puissance (15) de contrôle desdites cellules (2) et formant couvercle de ladite cuve (17).
9) Stockeur d'énergie électrique (1 ) selon l'une quelconque des revendications 5 à 8 précédentes, caractérisé en ce que lesdites au moins deux cellules (2) sont des condensateurs de grande capacité de type EDLC.
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