WO2020035311A1 - Implantation modulaire et compacte de modules batterie dans un conteneur - Google Patents

Implantation modulaire et compacte de modules batterie dans un conteneur Download PDF

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WO2020035311A1
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battery modules
series
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PCT/EP2019/070548
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Philippe Laflaquiere
James MCDOWALL
Alexandre Narbonne
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Saft
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to the field of transport containers and transportable prefabricated shelters used as storage facilities for battery modules with a view to the use of these battery modules as a backup power source, for example for electrical / electronic equipment. in the telecommunications field.
  • a battery module also designated equivalently in the following by the term “module” is known from the state of the art. It generally comprises several electrochemical cells, also called “cells”, electrically connected to each other, in series or in parallel, by means of metal bars.
  • the module also generally includes an electronic circuit for controlling and managing the elements intended to measure their state of charge and / or their state of health, in particular by means of voltage or current measurements taken individually element by element or taken at level d 'a group of elements.
  • the module can also include a device for regulating the temperature of the elements.
  • Several battery modules can be installed in a rack.
  • a rack fitted with these modules forms an autonomous energy source which can be moved and installed near electronic systems which will be supplied by these modules in the event of a power failure.
  • Several bays can be combined in order to be able to deliver a greater amount of energy to the electronic system.
  • the berries can be grouped in a container that can be placed on the chassis of a means of transport, such as a freight train or a boat, to be transported to a given location.
  • a container is a metal box, in the shape of a parallelepiped, designed for the transport of goods by different modes of transport, such as transport by sea. Its dimensions have been standardized internationally.
  • Document EP-A-2 506 337 describes a container of dimensions standardized according to the ISO standard, comprising a plurality of bays, each bay being intended to contain battery modules, each bay comprising an insertion face for these modules, the container being characterized in that at least half of the bays are arranged so that the module insertion face is perpendicular to the direction defined by the length of the container.
  • battery modules are installed in a container by stacking the modules vertically. Columns of modules are thus formed. The columns of modules are electrically connected until the desired voltage is obtained to supply an electronic system, for example a converter.
  • Converters can operate at relatively distant voltages, typically from 850V to 1500V.
  • the limited height of the container limits the number of modules that can be stacked on a column and therefore the tension that can deliver the column. If it is desired to increase the voltage, it is necessary to continue stacking modules on an adjacent column and to connect the two adjacent columns in series.
  • branches are created consisting of columns of modules connected in series, more or less complete over their height, thus generating empty locations which penalize the amount of energy loaded in the container.
  • FIG. 1 describes a first configuration Conf 1 showing 8 battery modules (ml to m8) stacked to form a column Cl. These 8 battery modules are connected in series to deliver a voltage VI. It is noted that this configuration 1 makes it possible to fill the entire height of the container.
  • the configuration Conf 2 which shows a first column C2 consisting of 8 modules (ml to m8) and a second adjacent column C3 comprising 3 modules (m9 to ml 1) to obtain a voltage V2, has a lower filling rate .
  • column C3 has an unoccupied space corresponding to the volume of 5 modules.
  • Column C5 comprises 3 modules m9 to ml 1 which are connected in series with the 8 modules ml to m8 of column C4.
  • Column C5 also includes 5 modules ml to m5 which are connected in series with the 6 modules m6 to ml l of column C6.
  • column C5 there is within column C5, a first group of 3 modules m9 to ml 1 which associated with the modules ml to m8 of column C4 forms a first branch and a second group of 5 modules ml to m5 which associated to the 6 modules m6 to ml 1 of column C6 forms a second branch.
  • Column C5 therefore includes modules which are part of two different branches. This makes the assembly and maintenance phases complex for an operator. We are therefore looking for a method which makes it possible to find the best arrangement of battery modules in a container or in any other enclosure, and which makes it possible to maximize the energy installed, while maintaining modularity of the voltage delivered by the container, this modularity being necessary meet the different voltage needs of a user.
  • the enclosure is of length L and the method comprises determining the width 1 of a column by dividing the length L of the enclosure by the number N of columns.
  • the method further comprises in step f), the series connection of the ki columns constitutes a battery branch delivering a voltage Vi equal to ki> ⁇ U.
  • the method further comprises a step g) of parallel connection of at least two battery branches.
  • the number N of columns is equal to the least common multiple of the n values ki.
  • the enclosure is a prefabricated shelter or a transport container whose dimensions are standardized.
  • the N columns include the same number of battery modules.
  • the subject of the invention is also a method of installing a plurality of electrochemical cells of parallelepiped format in a volume of parallelepiped format, each electrochemical element having six different orientations in the volume, the method comprising the steps of:
  • step c) selection of one or more orientations from the six possible orientations, for which the filling rate of the volume is at least equal to the minimum filling rate chosen in step c).
  • the volume of parallelepiped format is the interior volume of a battery module housing or a vertical volume of a part or a container. According to one embodiment, the volume of parallelepiped format is a vertical volume of a part or of a container, and for each orientation chosen in step d), corresponds a stack of a maximum number n 3 of layers comprising each one or more electrochemical cells.
  • several layers each comprising one or more electrochemical elements are connected in series, and are capable of delivering a base voltage of column U.
  • the method further comprises a step e) of searching among the orientations selected in step d) for an arrangement of the electrochemical elements compatible with the voltage U, during which step e), it is determined the voltage T delivered by a layer comprising one or more electrochemical elements, by dividing the column voltage U by the maximum number n 3 of layers.
  • the mode of connection in series and / or in parallel of the electrochemical elements located on the same layer is determined so that these elements deliver a voltage less than or equal to the voltage T.
  • the electrochemical element or elements of the same layer are grouped together to form a battery module.
  • the invention also relates to a method comprising:
  • FIG. 1 is a representation of three configurations of battery modules Conf 1, Conf 2 and Conf 3.
  • FIG. 2 represents the dimensions height (h), width (W) and thickness (e) of an element of parallelepipedal format.
  • FIG. 3 represents the six possible orientations A to F of an element of parallelepipedic format in a volume of parallelepipedic format.
  • FIG. 4 represents a perspective view of a module of elements which can be subdivided into three sub-assemblies, each sub-assembly consisting of 22 elements connected in parallel, the three sub-assemblies being connected in series ( "22P3S" mounting).
  • the method according to the invention is divided into two stages. In a first step, we look for the best filling rate of the container and in a second step, we look for the best filling rate of a column by the elements.
  • step of finding the best filling rate is described in the following with reference to a container but it can be generalized to any enclosure, to any part of a building, to any chest intended for storage or transport. of battery modules, it being understood that the enclosure, the room of a building and the trunk are of parallelepipedic format.
  • the volume of the container is defined by its height H, its depth P and its largest horizontal dimension L. These dimensions can meet the requirements of standard ISO TC-104. The largest horizontal dimension can reach approximately 5 m.
  • the interior volume of the container is intended to receive a plurality of columns each comprising a stack of a plurality of battery modules, each module itself comprising an association of at least two elements connected in a series and / or parallel configuration.
  • the elements can be of any type, for example nickel-cadmium, nickel metal hydride or lithium-ion.
  • the battery modules are generally housed in a bay which serves as a support for stacking the modules within the same column.
  • a column preferably occupies almost the entire height of the container.
  • a space is generally arranged between two superimposed modules to allow the cooling of these modules and the passage of electric cables.
  • a space is generally also arranged above the module situated at the top of each column.
  • the columns are juxtaposed along the largest horizontal dimension L of the container.
  • the battery modules are connected together in series within the same column. The sum of the voltages of the battery modules stacked within the same column is the base voltage U of the column. Columns are connected in series by electrical connections. For ease of connection, an electrical connection connects two adjacent columns.
  • the addition of the base voltages of several columns resulting from the series connection of these columns makes it possible to obtain a predetermined voltage Vi, chosen by a user.
  • the assembly formed by the placing in series of several columns constitutes a battery branch.
  • Several battery branches each delivering the voltage Vi can be connected in parallel so as to increase the electrochemical capacity supplied to the user.
  • a first substep in the search for the best filling rate of the container consists in determining the base tension U of a column.
  • a container fitted with battery modules is capable of delivering a voltage Vi chosen by several voltages Vi, V 2 , ..., V n . These n voltages Vi, V 2 , ..., V n are defined beforehand before installing the battery modules in the container. The user chooses the voltage Vi that the container must deliver, without however exceeding it.
  • Ei is defined as the percentage deviation from the ideal case where the base voltage U of a column is an integer divisor of the voltage Vi sought.
  • the basic voltage U of a column is the same for all the columns. The placing in series of several columns makes it possible to reach the n voltages Vi, V 2 , ..., V n sought.
  • V 850 V
  • V 2 1100 V
  • V 3 1300 V
  • V 4 1500 V. It is determined that a base voltage U of 210 V makes it possible to approach the voltages sought by placing several columns in series. Table 1 explains the details of the calculations.
  • the desired voltages of 850, 1100, 1300 and 1500 V can be approached by connecting 4, 5, 6 and 7 columns respectively in series, each delivering a base voltage of 210 V.
  • the connection of the columns in series allows the non-simultaneous delivery of each of the voltages chosen from 850, 1100, 1300 and 1500 Y.
  • a second sub-step consists in determining the number of columns to be installed in the container to obtain the best filling rate of the container, regardless of the n voltage values.
  • This second sub-step includes the determination of the n series of integer multiples M (i, m) of ki.
  • the value of m is limited due to the limited horizontal dimension of the container. For example, m ranges from 1 to 50, or ranges from 1 to 25, or ranges from 1 to 15.
  • Table 2 shows the values of the integer multiples M (i, m) of the values of ki, i ranging from 1 to 4 and m ranging from 1 to 13.
  • a group of n multiples taken from different series is chosen, so that the difference between the highest value of the group and the lowest value of the group is minimal.
  • this difference is zero, that is to say that the values of the multiples n are identical and correspond to the least common multiple of the values of ki, i ranging from 1 to n.
  • the number N of columns to be installed in the container is chosen from a range going from the lowest value of the group to the highest value of the group.
  • the number N of columns is equal to the highest value of the group.
  • the number N of columns to be installed corresponds to the least common multiple of the values of ki, i ranging from 1 to n.
  • the columns are then connected in series by group of ki columns, i ranging from 1 to n, as a function of the desired voltage Vi.
  • group of ki columns constitutes a battery branch.
  • Several battery branches can be connected in parallel. If the number of columns remaining available is less than the number ki of columns necessary to obtain the desired voltage Vi, then these columns are not connected. The presence of unconnected columns reduces the occupancy rate of the container.
  • the number of columns N to be installed in the container can be 35 or 36.
  • branches each consisting of 4 columns, each branch delivering 850 V, and 3 unused columns, or
  • branches each made up of 5 columns, each branch delivering 1100 V, or
  • branches each consisting of 6 columns delivering 1300 V and 5 unused columns or
  • the container occupancy rate is 100% for the 1100 and 1500 V configurations. It is 32 / 35x 100 or 91% for the 850 V configuration and 30 / 35x 100 or 85% for the 1300 V configuration.
  • branches each consisting of 4 columns, each branch delivering 850 V or
  • branches each consisting of 5 columns, each branch delivering 1100 V and an unconnected column or
  • - 6 branches each consisting of 6 columns delivering 1300 V or
  • - 5 branches each consisting of 7 columns delivering 1500 V and an unconnected column.
  • the container occupancy rate is 100% for the 850 and 1300 V configurations. It is 35 / 36x100, or 97% for the 1100 and 1500 V configurations.
  • the average occupancy rate in the configuration comprising 36 columns is higher than that in the configuration comprising 35 columns. It is therefore preferable to install in this example 36 columns rather than 35.
  • the invention allows modular installation of battery modules. Modularity is the possibility for the user to choose an operating voltage Vi of the container from among several voltages Vi, V 2 , ...., V n that the container is able to deliver.
  • the user can, by a simple modification of the wiring of the serial connections between the columns, modify the voltage delivered by the container.
  • the modification of the wiring is easy for the user taking into account the fact that all the columns provide the same base voltage U and that each of the voltages Vi that the container is capable of delivering is an integer multiple of the base voltage U d 'a column.
  • Configuration 2 of FIG. 1 in which certain modules of a column are connected in series with one another while the other modules of the column are not connected in series with one another is therefore avoided.
  • each column comprises the same number of battery modules. There is no column which is partially filled with battery modules, since each column delivers the same basic voltage U. This therefore avoids the configuration of FIG. 2, in which a column comprises empty slots, which penalizes the energy loaded in the container.
  • the dimensions of the column are determined.
  • the width 1 of a column is obtained by dividing the length L of the container by the number N of columns, obtained by applying the method as described above.
  • the height H is imposed by the choice of the container.
  • the depth of the column is fixed by the width of the container, reserving space for cooling and the supporting structure of the modules.
  • a first sub-step we determine what is (or are) the orientation (or orientations) of the elements that allow (tent) a maximum filling rate of the column.
  • the elements are of parallelepipedic format and that these elements fill a column volume also of parallelepipedic format. These elements are grouped into modules. The search for the best arrangement of the different elements within the same module comes in a second sub-step.
  • Each element can be compared to a parallelepiped of height h, width W and thickness e as shown in Figure 2. It has six different orientations in the column volume. These six orientations are shown schematically in Figure 3 and are noted A to F.
  • the search for the best filling rate includes calculating the number of elements that can be accommodated in the column volume for each of the six possible orientations. This calculation is carried out taking into account the clearance required for mounting the battery modules and other technical constraints, in particular the possibility of providing a space around the modules to ensure their cooling. This clearance is included in the dimensions h, W and e of the element used in the rest of the calculation.
  • n 2 can be juxtaposed in the direction of the depth P of the column. This direction is indicated by the Y axis in Figure 3.
  • the value ni is obtained by dividing the width 1 of the column by the height h of the element.
  • the value n 2 is obtained by dividing the depth P of the column by the width W of the element.
  • the value is obtained by dividing the height H of the column by the thickness e of the element.
  • the values ni, n 2 and obtained are rounded down.
  • the maximum number of elements that can be accommodated in the volume of a column corresponds to the product of the values ni, n 2 and. To this maximum number of elements that can be juxtaposed in the three directions of space corresponds a volume. This volume is calculated and divided by the volume of a column to obtain a filling rate.
  • Each of the six orientations A to F corresponds to a filling rate.
  • Each filling rate is compared to a threshold value predetermined by a user. Only are retained the orientations whose filling rate is higher than the predetermined threshold value.
  • the filling rate chosen by the user is preferably greater than 75%, preferably greater than 90%, more preferably still greater than 95%.
  • the principle of calculating the filling ratio is illustrated in an example in which the element has a width W of 148 mm, a thickness of 26.5 mm and a height h of 91 mm.
  • the column has a depth P of 260 mm, a height of 2300 mm and a width 1 of 945 mm.
  • the width, depth and height of the column extend respectively along the X, Y and Z axes of Figure 3.
  • Table 3 shows the filling rate for each of the orientations A to F of the elements in the column. This calculation is carried out taking into account the clearance required for mounting the battery modules. With a threshold of 75% of the filling rate, the orientations allowing to obtain a high filling rate are the orientations C, D, E and F.
  • the method has been described in the case of finding the best orientation of elements in a container column but can be applied to determining the orientation of elements in the housing of a module, as in any other volume in parallelepiped format.
  • the mode of series / parallel connection of the elements is determined which is compatible on the one hand with the column voltage U determined in the first step of the method and on the other hand with the electrochemical capacity desired by container user.
  • the base voltage U of a column is reached by adding the voltages delivered by each of the modules connected in series.
  • the number of modules stacked in the direction of the height of the container is the number m of modules.
  • Each module constitutes a layer of vertical stacking of modules.
  • n 3 of stacked modules rounded to l the lower integer is respectively 15, 15, 22 and 80.
  • the voltage T which a module must deliver is therefore U / (n 3 rounded to the lower integer), ie 14 V, 14 V, 9.54 V and 2, 63 V for orientations C, D, E and F respectively.
  • Each module includes a number of elements equal to (or rounded to the bottom integer) x (n 2 rounded to the bottom integer), i.e. 81, 66, 54 and 12 elements for the orientations C, D, E and F respectively.
  • lithium-ion type elements having a nominal voltage of 4 V it is determined that:
  • the 81 elements of the module can be connected in a 27P3S arrangement, that is to say made up of 3 subgroups of elements connected in series, each subgroup made up of 27 connected elements in parallel.
  • the 66 elements of the module can be connected in a 22P3S arrangement, i.e. made up of 3 subgroups of elements connected in series, each subgroup being made up of 22 connected elements in parallel. This arrangement is illustrated in Figure 4.
  • the 54 elements of the module can be connected in an 18P3S arrangement, i.e. made up of 3 subgroups of elements connected in series, each subgroup being made up of 18 connected elements in parallel.
  • the 12 elements of the module can be connected in parallel.
  • the arrangement 27P3S of orientation C corresponds to a module voltage of 12 V, which is lower than the voltage T of 14 V sought. The arrangement of orientation C is therefore retained.
  • the arrangement 22P3S of orientation D corresponds to a module voltage of 12 V, which is less than the voltage T of 14 V sought.
  • the arrangement of orientation D is therefore retained.
  • the arrangement 18P3S of orientation E corresponds to a module voltage of 12 V, which is higher than the voltage T of 9.54 V sought. The arrangement of orientation E is therefore eliminated.
  • the arrangement of the orientation F corresponds to a module voltage of 4 V, which is greater than the voltage T of 2.63 V sought. The arrangement of orientation F is therefore eliminated.
  • orientations selected are preferably sorted according to the criterion of ease of production.
  • orientation D allows easy access to the terminals of the elements, unlike orientation C.
  • the orientation of the elements according to D could be retained instead of orientation C, although having a lower filling rate (78 instead of 96%).
  • the method according to the invention makes it possible to increase the energy density of containers in which battery modules are installed. Being able to load a maximum of energy into a container reduces its operating cost per kWh.

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Abstract

Une méthode permettant d'installer des modules batterie dans un conteneur de manière à maximiser la quantité d'énergie installée, tout en conférant une modularité de la tension délivrée par le conteneur. Une méthode permettant d'installer des éléments électrochimiques de format parallélépipèdique dans un volume de format parallélépipèdique, tel qu'un module ou un volume vertical d'un conteneur.

Description

IMPLANTATION MODULAIRE ET COMPACTE DE MODULES BATTERIE
DANS UN CONTENEUR
DOMAINE DE L'INVENTION
L’invention se rapporte au domaine des conteneurs de transport et des abris préfabriqués transportables utilisés comme installations de stockage de modules batteries en vue de l’utilisation de ces modules batterie comme source d’alimentation de secours, par exemple pour des équipements électriques/électroniques dans le domaine des télécommunications.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Un module batterie, encore désigné de manière équivalente dans ce qui suit par le terme « module », est connu de l’état de la technique. Il comprend généralement plusieurs éléments électrochimiques, encore appelés « éléments », connectés électriquement entre eux, en série ou en parallèle, au moyen de barrettes métalliques. Le module comprend également généralement un circuit électronique de contrôle et de gestion des éléments destiné à mesurer leur état de charge et/ou leur état de santé, notamment au moyen de mesures de tension ou de courant prises individuellement élément par élément ou prises au niveau d’un groupe d’éléments. Le module peut aussi comprendre un dispositif de régulation de la température des éléments.
Plusieurs modules batterie peuvent être installés dans une baie. Une baie équipée de ces modules forme une source d’énergie autonome qui peut être déplacée et installée à proximité de systèmes électroniques qui seront alimentés par ces modules en cas de coupure de courant du secteur. Plusieurs baies peuvent être associées afin de pouvoir délivrer une plus grande quantité d’énergie au système électronique. Les baies peuvent être regroupées dans un conteneur qui peut être placé sur le châssis d’un moyen de transport, tel qu’un train de marchandises ou un bateau, afin d’être transporté vers un lieu donné. Dans le domaine du transport, un conteneur est un caisson métallique, en forme de parallélépipède, conçu pour le transport de marchandises par différents modes de transport, tel que le transport par voie maritime. Ses dimensions ont été normalisées au niveau international.
Le document EP-A-2 506 337 décrit un conteneur de dimensions standardisées selon la norme ISO, comprenant une pluralité de baies, chaque baie étant destinée à contenir des modules batteries, chaque baie comprenant une face d’insertion de ces modules, le conteneur étant caractérisé en ce que la moitié au moins des baies est disposée de manière à ce que la face d’insertion des modules soit perpendiculaire à la direction définie par la longueur du conteneur.
Actuellement, on installe des modules batterie dans un conteneur en empilant verticalement les modules. On forme ainsi des colonnes de modules. On connecte électriquement les colonnes de modules jusqu’à obtenir la tension souhaitée pour alimenter un système électronique, par exemple un convertisseur.
Des convertisseurs peuvent fonctionner sous des tensions relativement éloignées, allant typiquement de 850V à 1500V. Or, la hauteur limitée du conteneur limite le nombre de modules que l’on peut empiler sur une colonne et donc la tension que peut délivrer la colonne. Si l’on souhaite augmenter la tension, il est nécessaire de continuer d’empiler des modules sur une colonne adjacente et de connecter en série les deux colonnes adjacentes. Suivant les tensions souhaitées, on crée des branches constituées de colonnes de modules connectées en série, plus ou moins complètes sur leur hauteur, générant ainsi des emplacements vides qui pénalisent la quantité d’énergie embarquée dans le conteneur.
La figure 1 décrit une première configuration Conf 1 montrant 8 modules batterie (ml à m8) empilés pour former une colonne Cl. Ces 8 modules batterie sont connectés en série pour délivrer une tension VI. On remarque que cette configuration 1 permet de remplir toute la hauteur du conteneur. En revanche, la configuration Conf 2 qui montre une première colonne C2 constituée de 8 modules (ml à m8) et une seconde colonne C3 adjacente comprenant 3 modules (m9 à ml 1) pour obtenir une tension V2, présente un taux de remplissage plus faible. En effet, la colonne C3 comporte un espace inoccupé correspondant au volume de 5 modules.
De plus, le fait de continuer l’empilement d’une colonne à une autre colonne adjacente rend le câblage électrique et le repérage des branches en parallèle relativement complexe. Les phases de montage et de maintenance deviennent alors dangereuses pour un opérateur. Une telle situation est illustrée à la configuration Conf 3 de la figure 1. La colonne C5 comprend 3 modules m9 à ml 1 qui sont connectés en série avec les 8 modules ml à m8 de la colonne C4. La colonne C5 comprend également 5 modules ml à m5 qui sont connectés en série avec les 6 modules m6 à ml l de la colonne C6. On constate qu’il existe au sein de la colonne C5, un premier groupe de 3 modules m9 à ml 1 qui associés aux modules ml à m8 de la colonne C4 forme une première branche et un second groupe de 5 modules ml à m5 qui associés aux 6 modules m6 à ml 1 de la colonne C6 forme une seconde branche. La colonne C5 comprend donc des modules qui font partie de deux branches différentes. Ceci rend complexe les phases de montage et de maintenance pour un opérateur. On cherche donc une méthode permettant de trouver le meilleur arrangement de modules batterie dans un conteneur ou dans tout autre enceinte, et permettant de maximiser l’énergie installée, tout en conservant une modularité de la tension délivrée par le conteneur, cette modularité étant nécessaire pour répondre aux différents besoins en tension d’un utilisateur.
RESUME DE L’INVENTION
A cet effet, l’invention propose une méthode d’installation d’une pluralité de modules batterie dans une enceinte, les modules batterie étant aptes à être empilés pour former une ou plusieurs colonnes et étant aptes à être connectés en série au sein d’une même colonne, au moins deux colonnes adjacentes pouvant être connectées en série, l’ensemble des modules batterie étant apte à délivrer une tension Vi choisie dans un groupe de n valeurs de tensions Vi, V2, ..., Vn, prédéterminées par un utilisateur, ladite méthode comprenant les étapes de : a) détermination de la tension de base U d’une colonne de modules batterie, ladite tension de base U étant telle que U = Vi/ki - Ei x Vi ; i allant de 1 à n et ki étant un nombre entier, Ei allant de 0 à Emax, Emax étant fixé par l’utilisateur ;
b) détermination des n séries de multiples entiers M(i,m) de ki, m étant un entier pouvant aller jusqu’à 50 ;
c) choix d’un groupe de n valeurs prises dans des séries différentes des multiples entiers M(i,m) de ki, de manière à ce que la différence entre la valeur la plus élevée du groupe et la valeur la plus basse du groupe soit minimale ;
d) choix d’un nombre N de colonnes compris dans une plage allant de la valeur la moins élevée du groupe à la valeur la plus élevée du groupe ;
e) installation dans l’enceinte de N colonnes constituées chacune d’un empilement de modules batterie connectés en série et délivrant une tension au moins égale à la tension de base U de la colonne ;
f) connexion en série des colonnes pour permettre la délivrance non simultanée de chacune des tensions choisies parmi Vi , .... , Vn.
Selon un mode de réalisation, l’enceinte est de longueur L et la méthode comprend la détermination de la largeur 1 d’une colonne en divisant la longueur L de l’enceinte par le nombre N de colonnes.
Selon un mode de réalisation, la méthode comprend en outre à l’étape f), la connexion en série des ki colonnes constitue une branche batterie délivrant une tension Vi égale à ki><U. Selon un mode de réalisation, la méthode comprend en outre une étape g) de connexion en parallèle d’au moins deux branches batterie.
Selon un mode de réalisation, le nombre N de colonnes est égal au plus petit commun multiple des n valeurs ki.
Selon un mode de réalisation, l’enceinte est un abri préfabriqué ou un conteneur de transport dont les dimensions sont normalisées.
L’invention a également pour objet une enceinte comprenant une pluralité de modules batterie, dans laquelle les modules batterie sont empilés, forment N colonnes, et sont connectés en série au sein d’une même colonne, deux colonnes adjacentes pouvant être connectées en série, l’ensemble des modules batterie étant apte à délivrer une tension Vi choisie dans un groupe de n valeurs de tensions Vi, V2, ..., Vn, prédéterminées par un utilisateur, chaque colonne de modules batterie délivrant une tension de base U, U étant telle que U = Vi/ki - E, c V, ; i allant de 1 à n et ki étant un nombre entier, Ei allant de 0 à Emax, Emax étant fixé par l’utilisateur.
Selon un mode de réalisation, les N colonnes comportent le même nombre de modules batterie.
Selon un mode de réalisation, il n’existe aucune interruption de la connexion en série entre deux modules batterie au sein d’une même colonne.
L’invention a également pour objet une méthode d’installation d’une pluralité d’éléments électrochimiques de format parallélépipédique dans un volume de format parallélépipédique, chaque élément électrochimique présentant six orientations différentes dans le volume, la méthode comprenant les étapes de :
a) détermination du nombre maximal d’éléments électrochimiques pouvant être logés dans le volume de format parallélépipédique selon chacune des trois directions de l’espace, pour chacune des six orientations ;
b) calcul du taux de remplissage du volume pour chacune des six orientations à partir du nombre maximal d’éléments électrochimiques déterminé à l’étape a) ;
c) choix par un utilisateur d’un taux de remplissage minimum du volume de format parallélépipédique ;
d) sélection d’une ou de plusieurs orientations parmi les six orientations possibles, pour lesquelles le taux de remplissage du volume est au moins égal au taux de remplissage minimum choisi à l’étape c).
Selon un mode de réalisation, le volume de format parallélépipédique est le volume intérieur d’un boîtier de module baterie ou un volume vertical d’une pièce ou d’un conteneur. Selon un mode de réalisation, le volume de format parallélépipédique est un volume vertical d’une pièce ou d’un conteneur, et à chaque orientation retenue à l’étape d), correspond un empilement d’un nombre maximal n3 de couches comprenant chacune un ou plusieurs éléments électrochimiques.
Selon un mode de réalisation, plusieurs couches comprenant chacune un ou plusieurs éléments électrochimiques sont connectées en série, et sont aptes à délivrer une tension de base de colonne U.
Selon un mode de réalisation, la méthode comprend en outre une étape e) de recherche parmi les orientations sélectionnées à l’étape d) d’un arrangement des éléments électrochimiques compatible avec la tension U, au cours de laquelle étape e), on détermine la tension T délivrée par une couche comprenant un ou plusieurs éléments électrochimiques, en divisant la tension de colonne U par le nombre maximal n3 de couches.
Selon un mode de réalisation, on détermine le mode de connexion en série et/ou en parallèle des éléments électrochimiques situés sur une même couche de manière à ce que ces éléments délivrent une tension inférieure ou égale à la tension T.
Selon un mode de réalisation, le ou les éléments électrochimiques d’une même couche sont regroupés pour former un module batterie.
L’invention a également pour objet une méthode comprenant :
- la mise en œuvre des étapes de la méthode d’installation d’une pluralité de modules batterie telle que décrite ci-avant, suivie de
- la mise en œuvre des étapes de la méthode d’installation d’une pluralité d’éléments électrochimiques de format parallélépipédique dans un volume de format parallélépipédique telle que décrite ci-avant.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
La figure 1 est une représentation de trois configurations de modules batterie Conf 1, Conf 2 et Conf 3.
La figure 2 représente les dimensions hauteur (h), largeur (W) et épaisseur (e) d’un élément de format parallélépipédique.
La figure 3 représente les six orientations possibles A à F d’un élément de format parallélépipédique dans un volume de format parallélépipédique. La figure 4 représente une vue en perspective d’un module d’éléments que l’on peut subdiviser en trois sous-ensembles, chaque sous-ensemble étant constitué de 22 éléments connectés en parallèle, les trois sous-ensembles étant connectés en série (montage « 22P3S »).
EXPOSE DES MODES DE REALISATION
La méthode selon l’invention se décompose en deux étapes. Dans une première étape, on recherche le meilleur taux de remplissage du conteneur et dans une deuxième étape, on recherche le meilleur taux de remplissage d’une colonne par les éléments.
1) Détermination de la configuration des modules pour obtenir le meilleur taux de remplissage du conteneur :
La description de l’étape de la recherche du meilleur taux de remplissage est décrite dans ce qui suit en référence à un conteneur mais elle est généralisable à toute enceinte, à toute pièce d’un bâtiment, à tout coffre destiné au stockage ou au transport de modules batterie, étant entendu que l’enceinte, la pièce d’un bâtiment et le coffre sont de format parallélépipédique.
Le volume du conteneur est défini par sa hauteur H, sa profondeur P et sa plus grande dimension horizontale L. Ces dimensions peuvent satisfaire aux exigences de la norme ISO TC- 104. La plus grande dimension horizontale peut atteindre environ 5 m. Le volume intérieur du conteneur est destiné à recevoir une pluralité de colonnes comprenant chacune un empilement d’une pluralité de modules batterie, chaque module comprenant lui-même une association d’au moins deux éléments connectés selon une configuration série et/ou parallèle. Les éléments peuvent être de tout type, par exemple nickel-cadmium, nickel-hydrure métallique ou lithium-ion.
Les modules batterie sont généralement logés dans une baie qui sert de support à l’empilement des modules au sein d’une même colonne. Une colonne occupe de préférence la quasi-totalité de la hauteur du conteneur. Un espace est généralement aménagé entre deux modules superposés pour permettre le refroidissement de ces modules et le passage de câbles électriques. Un espace est généralement également aménagé au-dessus du module situé au sommet de chaque colonne. Les colonnes sont juxtaposées le long de la plus grande dimension horizontale L du conteneur. Les modules batterie sont connectés entre eux en série au sein d’une même colonne. La somme des tensions des modules batterie empilés au sein d’une même colonne est la tension de base U de la colonne. Des colonnes sont connectées en série par des connexions électriques. Dans un souci de facilité du branchement, une connexion électrique connecte deux colonnes adjacentes. L’addition des tensions de base de plusieurs colonnes résultant de la mise en connexion en série de ces colonnes permet d’obtenir une tension prédéterminée Vi, choisie par un utilisateur. L’ensemble formé par la mise en série de plusieurs colonnes constitue une branche batterie. Plusieurs branches batterie délivrant chacune la tension Vi peuvent être connectées en parallèle de manière à augmenter la capacité électrochimique fournie à l’utilisateur.
Une première sous-étape de la recherche du meilleur taux de remplissage du conteneur consiste à déterminer la tension de base U d’une colonne.
Un conteneur équipé de modules batterie est capable de délivrer une tension Vi choisie par plusieurs tensions Vi, V2, ..., Vn. Ces n tensions Vi, V2, ..., Vn sont définies au préalable avant installation des modules batterie dans le conteneur. L’utilisateur choisit la tension Vi que le conteneur doit délivrer, sans toutefois la dépasser.
La tension de base U d’une colonne se détermine comme : U = Vi/ki - Ei><Vi ; i allant de 1 à n et ki étant un nombre entier, Ei allant de 0 à Emax, Emax étant fixé par l’utilisateur, et étant le plus petit possible. Emax peut être fixé à 5%, 2%, 1% ou 0,5%. Ei est défini comme l’écart en pourcentage par rapport au cas idéal où la tension de base U d’une colonne est un diviseur entier de la tension Vi recherchée. La tension de base U d’une colonne est la même pour toutes les colonnes. La mise en série de plusieurs colonnes permet d’atteindre les n tensions Vi, V2, ..., Vn recherchées.
Supposons que l’utilisateur ait besoin d’un conteneur apte à délivrer une tension choisie parmi les 4 tensions suivantes : Vi = 850 V ; V2 = 1100 V ; V3 = 1300 V et V4 = 1500 V. On détermine qu’une tension de base U de 210 V permet d’approcher les tensions recherchées par la mise en série de plusieurs colonnes. Le tableau 1 explicite le détail des calculs.
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Tableau 1
Les tensions recherchées de 850, 1100, 1300 et 1500 V peuvent être approchées en connectant en série respectivement 4, 5, 6 et 7 colonnes délivrant chacune une tension de base de 210 V. La connexion des colonnes en série permet la délivrance non simultanée de chacune des tensions choisies parmi 850, 1100, 1300 et 1500 Y.
Une seconde sous-étape consiste à déterminer le nombre de colonnes à installer dans le conteneur pour obtenir le meilleur taux de remplissage du conteneur, quelles que soient les n valeurs de tensions. Cette seconde sous-étape comprend la détermination des n séries de multiples entiers M(i,m) de ki. La valeur de m est limitée en raison de la dimension horizontale limitée du conteneur. Par exemple, m va de 1 à 50, ou va de 1 à 25, ou va de 1 à 15. Le Tableau 2 indique les valeurs des multiples entiers M(i,m) des valeurs de ki, i allant de 1 à 4 et m allant de 1 à 13.
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Tableau 2
On choisit dans les n séries établies de multiples, un groupe de n multiples pris dans des séries différentes, de manière à ce que la différence entre la valeur la plus élevée du groupe et la valeur la plus basse du groupe soit minimale. Plus faible est la différence entre la valeur la plus élevée du groupe et la valeur la plus basse du groupe, meilleur est le taux de remplissage du conteneur. Dans un mode de réalisation préféré, cette différence est nulle, c’est-à-dire que les valeurs des n multiples sont identiques et correspondent au plus petit commun multiple des valeurs de ki, i allant de 1 à n. Le nombre N de colonnes à installer dans le conteneur est choisi dans une plage allant de la valeur la moins élevée du groupe à la valeur la plus élevée du groupe.
Dans un mode de réalisation, le nombre N de colonnes est égal à la valeur la plus élevée du groupe.
Dans le mode de réalisation préféré, le nombre N de colonnes à installer correspond au plus petit commun multiple des valeurs de ki, i allant de 1 à n.
On connecte ensuite en série les colonnes par groupe de ki colonnes, i allant de 1 à n, en fonction de la tension Vi souhaitée. Chaque groupe de ki colonnes constitue une branche batterie. On peut connecter en parallèle plusieurs branches batterie. Si le nombre de colonnes restant disponible est inférieur au nombre ki de colonnes nécessaires pour obtenir la tension Vi souhaitée, alors ces colonnes ne sont pas connectées. La présence de colonnes non connectées réduit le taux d’occupation du conteneur.
Dans l’exemple du Tableau 2, le groupe des 4 multiples pris dans des séries différentes est constitué de M(i,9) = 36 ; M(2,7) = 35 ; M(3,6) = 36 et M(4,5) = 35. Le nombre de colonnes N à installer dans le conteneur peut être 35 ou 36.
Dans le cas où 35 colonnes sont installées, les quatre configurations suivantes s’excluant mutuellement peuvent être obtenues :
- 8 branches constituées chacune de 4 colonnes, chaque branche délivrant 850 V, et 3 colonnes non utilisées, ou
- 7 branches constituées chacune de 5 colonnes, chaque branche délivrant 1100 V, ou
- 5 branches constituées chacune de 6 colonnes délivrant 1300 V et 5 colonnes non utilisée ou
- 5 branches constituées chacune de 7 colonnes délivrant 1500 V.
Le taux d’occupation du conteneur est de 100% pour les configurations 1100 et 1500 V. Il est de 32/35x 100 soit 91% pour la configuration 850 V et 30/35x 100 soit 85% pour la configuration 1300 V.
Dans le cas où 36 colonnes sont installées, les quatre configurations suivantes s’excluant mutuellement peuvent être obtenues :
- 9 branches constituées chacune de 4 colonnes, chaque branche délivrant 850 V ou
- 7 branches constituées chacune de 5 colonnes, chaque branche délivrant 1100 V et une colonne non connectée ou
- 6 branches constituées chacune de 6 colonnes délivrant 1300 V ou
- 5 branches constituées chacune de 7 colonnes délivrant 1500 V et une colonne non connectée. Le taux d’occupation du conteneur est de 100% pour les configurations 850 et 1300 V. Il est de 35/36x100 soit 97% pour les configurations 1100 et 1500 V.
Le taux d’occupation moyen dans la configuration comprenant 36 colonnes est supérieur à celui dans la configuration comprenant 35 colonnes. Il est donc préférable d’installer dans cet exemple 36 colonnes plutôt que 35.
L’invention permet une implantation modulaire des modules batterie. La modularité est la possibilité pour l’utilisateur de choisir une tension de fonctionnement Vi du conteneur parmi plusieurs tensions Vi, V2,...., Vn que le conteneur est apte à délivrer. L’utilisateur peut par une modification simple du câblage des connexions série entre les colonnes modifier la tension délivrée par le conteneur. La modification du câblage est aisée pour l’utilisateur compte-tenu du fait que toutes les colonnes fournissent la même tension de base U et que chacune des tensions Vi que le conteneur est apte à délivrer est un multiple entier de la tension de base U d’une colonne. La configuration 2 de la figure 1, dans laquelle certains modules d’une colonne sont connectés en série entre eux tandis que les autres modules de la colonne ne sont pas connectés en série entre eux est donc évitée. La configuration 3 de la figure 1, dans laquelle certains modules d’une colonne sont connectés entre eux en série pour faire partie d’une branche délivrant une tension Vi tandis que les autres modules de la même colonne sont connectés entre eux pour faire partie d’une autre branche délivrant une tension Vi% Vi pouvant être égale ou non à Vi, est également évitée. L’invention permet donc de rendre plus sûres les opérations de montage et de maintenance des modules.
L’invention permet d’augmenter la compacité des modules batterie car chaque colonne comprend le même nombre de modules batterie. Il n’y a pas de colonne qui soit partiellement remplie de modules batterie, étant donné que chaque colonne délivre la même tension de base U. On évite donc la configuration de la figure 2, dans laquelle une colonne comprend des emplacements vides, ce qui pénalise l’énergie embarquée dans le conteneur.
Dans une troisième sous-étape, on détermine les dimensions de la colonne. La largeur 1 d’une colonne s’obtient en divisant la longueur L du conteneur par le nombre N de colonnes, obtenu par application de la méthode telle que décrite ci-avant. La hauteur H est imposée par le choix du conteneur. La profondeur de la colonne est fixée par la largeur du conteneur, en réservant de l’espace pour le refroidissement et la structure porteuse des modules.
On dispose donc à l’issue de cette première étape des dimensions d’une colonne. La connaissance de ces dimensions est utilisée dans une seconde étape de la méthode pour rechercher la disposition des éléments dans la colonne permettant d’obtenir le meilleur taux de remplissage de la colonne par les éléments. 2) Recherche du meilleur taux de remplissage de la colonne par les éléments :
Dans une première sous-étape, on détermine quelle est (ou sont) l’orientation (ou les orientations) des éléments qui permet(tent) un taux de remplissage maximal de la colonne. On prend en compte le fait que les éléments sont de format parallélépipédique et que ces éléments remplissent un volume de colonne également de format parallélépipédique. Ces éléments sont regroupés en module. La recherche du meilleur arrangement des différents éléments au sein d’un même module intervient dans une seconde sous-étape.
Chaque élément est assimilable à un parallélépipède de hauteur h, de largeur W et d’épaisseur e comme représenté à la figure 2. Il présente six orientations différentes dans le volume de colonne. Ces six orientations sont représentées schématiquement à la figure 3 et sont notées A à F.
La recherche du meilleur taux de remplissage comprend le calcul du nombre d’éléments pouvant être logés dans le volume de colonne pour chacune des six orientations possibles. Ce calcul est mené en tenant compte du jeu nécessaire au montage des modules batterie et d’autres contraintes techniques, notamment la possibilité de ménager un espace autour des modules pour assurer leur refroidissement. Ce jeu est inclus dans les dimensions h, W et e de l’élément utilisées dans la suite du calcul.
Pour chacune des six orientations A à F, on calcule :
- le nombre d’éléments ni pouvant être juxtaposés dans la direction de la largeur 1 de la colonne. Cette direction est indiquée par l’axe X de la figure 3.
- le nombre d’éléments n2 pouvant être juxtaposés dans la direction de la profondeur P de la colonne. Cette direction est indiquée par l’axe Y de la figure 3.
- le nombre d’éléments pouvant être juxtaposés (ou empilés) dans la direction de la hauteur H de la colonne. Cette direction est indiquée par l’axe Z de la figure 3.
Par exemple pour l’orientation A, la valeur ni s’obtient en divisant la largeur 1 de la colonne par la hauteur h de l’élément. La valeur n2 s’obtient en divisant la profondeur P de la colonne par la largeur W de l’élément. La valeur s’obtient en divisant la hauteur H de la colonne par l’épaisseur e de l’élément. Les valeurs ni, n2 et obtenues sont arrondies à l’entier inférieur. Le nombre maximal d’éléments pouvant être logés dans le volume d’une colonne correspond au produit des valeurs ni, n2 et . A ce nombre maximal d’éléments pouvant être juxtaposés dans les trois directions de l’espace correspond un volume. Ce volume est calculé et divisé par le volume d’une colonne pour obtenir un taux de remplissage. A chacune des six orientations A à F correspond un taux de remplissage. Chaque taux de remplissage est comparé à une valeur seuil prédéterminée par un utilisateur. Seules sont retenues les orientations dont le taux de remplissage est supérieur à la valeur seuil prédéterminée. Le taux de remplissage choisi par l’utilisateur est de préférence supérieur à 75%, de préférence supérieur à 90%, de préférence encore supérieur à 95%.
Le principe du calcul du taux de remplissage est illustré sur un exemple dans lequel l’élément présente une largeur W de 148 mm, une épaisseur de 26,5 mm et une hauteur h de 91 mm. La colonne présente une profondeur P de 260 mm, une hauteur de 2300 mm et une largeur 1 de 945 mm. La largeur, la profondeur et la hauteur de la colonne s’étendent respectivement selon les axes X, Y et Z de la figure 3.
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Tableau 3
Le tableau 3 indique le taux de remplissage pour chacune des orientations A à F des éléments dans la colonne. Ce calcul est mené en tenant compte du jeu nécessaire au montage des modules batterie. Avec un seuil de 75% du taux de remplissage, les orientations permettant d’obtenir un taux de remplissage élevé sont les orientations C, D, E et F.
La méthode a été décrite dans le cas de la recherche de la meilleure orientation d’éléments dans une colonne de conteneur mais peut s’appliquer à la détermination de l’orientation d’éléments dans le boîtier d’un module, comme dans tout autre volume de format parallélépipédique.
Dans une seconde sous-étape, on détermine le mode de connexion série / parallèle des éléments qui est compatible d’une part avec la tension de colonne U déterminée dans la première étape de la méthode et d’autre part avec la capacité électrochimique souhaitée par l’utilisateur du conteneur.
La tension de base U d’une colonne est atteinte par addition des tensions délivrés par chacun des modules connectés en série. Le nombre de modules empilés dans la direction de la hauteur du conteneur est le nombre m de modules. Chaque module constitue une couche de l’empilement vertical de modules. En divisant la tension de base U de la colonne par le nombre n3 arrondi à l’entier inférieur, on détermine la tension T que doit délivrer un module. Connaissant le nombre d’éléments dans un module qui est le produit de ni arrondi à l’entier inférieur par n2 arrondi à l’entier inférieur, on en déduit le mode de connexion des éléments au sein du module.
Le principe de la détermination du mode de connexion série / parallèle est illustré ci- dessous en reprenant les valeurs numériques issues du Tableau 3. Pour les orientations C, D, E et F retenues, le nombre maximal n3 de modules empilés arrondi à l’entier inférieur est respectivement 15, 15, 22 et 80. La tension T que doit délivrer un module est donc U/(n3 arrondi à l’entier inférieur), soit 14 V, 14 V, 9,54 V et 2,63 V pour les orientations C, D, E et F respectivement. Chaque module comprend un nombre d’éléments égal à (ni arrondi à l’entier inférieur) x (n2 arrondi à l’entier inférieur), soit 81, 66, 54 et 12 éléments pour les orientations C, D, E et F respectivement. Dans le cas d’éléments de type lithium- ion présentant une tension nominale de 4 V, on détermine que :
- pour l’orientation C, les 81 éléments du module peuvent être connectés selon un arrangement 27P3S, c’est-à-dire constitué de 3 sous-groupes d’éléments connectés en série, chaque sous-groupe étant constitué de 27 éléments connectés en parallèle.
- pour l’orientation D, les 66 éléments du module peuvent être connectés selon un arrangement 22P3S, c’est-à-dire constitué de 3 sous-groupes d’éléments connectés en série, chaque sous-groupe étant constitué de 22 éléments connectés en parallèle. Cet arrangement est illustré à la figure 4.
- pour l’orientation E, les 54 éléments du module peuvent être connectés selon un arrangement 18P3S, c’est-à-dire constitué de 3 sous-groupes d’éléments connectés en série, chaque sous-groupe étant constitué de 18 éléments connectés en parallèle.
- pour l’orientation F, les 12 éléments du module peuvent être connectés en parallèle.
Parmi les quatre orientations C, D, E et F, on retient celle(s) qui permettent) de s’approcher de la tension T que doit délivrer un module, sans toutefois la dépasser. Dans l’exemple :
- l’arrangement 27P3S de l’orientation C correspond à une tension de module de 12 V, qui est inférieure à la tension T de 14 V recherchée. L’arrangement de l’orientation C est donc retenu.
- l’arrangement 22P3S de l’orientation D correspond à une tension de module de 12 V, qui est inférieure à la tension T de 14 V recherchée. L’arrangement de l’orientation D est donc retenu. - l’arrangement 18P3S de l’orientation E correspond à une tension de module de 12 V, qui est supérieure à la tension T de 9,54 V recherchée. L’arrangement de l’orientation E est donc éliminé.
- l’arrangement de l’orientation F correspond à une tension de module de 4 V, qui est supérieure à la tension T de 2,63 V recherchée. L’arrangement de l’orientation F est donc éliminé.
Enfin, dans une troisième sous-étape, les orientations retenues sont de préférence triées selon le critère de la facilité de production. On prend principalement en considération la facilité d’accès aux bornes des éléments par un opérateur. A cet égard, l’orientation D permet un accès aisé aux bornes des éléments, contrairement à l’orientation C. L’orientation des éléments selon D pourrait être retenue au lieu de l’orientation C, bien que présentant un taux de remplissage moindre (78 au lieu de 96%).
En conclusion, la méthode selon l’invention permet d’augmenter la densité énergétique de conteneurs dans lesquels des modules batterie sont installés. Le fait de pouvoir embarquer un maximum d’énergie dans un conteneur permet de diminuer son coût de fonctionnement par kWh.

Claims

REVENDICATIONS
1. Méthode d’installation d’une pluralité de modules batterie dans une enceinte, les modules batterie étant aptes à être empilés pour former une ou plusieurs colonnes et étant aptes à être connectés en série au sein d’une même colonne, au moins deux colonnes adjacentes pouvant être connectées en série, l’ensemble des modules batterie étant apte à délivrer une tension Vi choisie dans un groupe de n valeurs de tensions Vf, V2, ..., Vn, prédéterminées par un utilisateur, ladite méthode comprenant les étapes de :
a) détermination de la tension de base U d’une colonne de modules batterie, ladite tension de base U étant telle que U = Vi/ki - Ei x Vi ; i allant de 1 à n et ki étant un nombre entier, Ei allant de 0 à Emax, Emax étant fixé par l’utilisateur ;
b) détermination des n séries de multiples entiers M(i,m) de ki, m étant un entier pouvant aller jusqu’à 50 ;
c) choix d’un groupe de n valeurs prises dans des séries différentes des multiples entiers M(i,m) de ki, de manière à ce que la différence entre la valeur la plus élevée du groupe et la valeur la plus basse du groupe soit minimale ;
d) choix d’un nombre N de colonnes compris dans une plage allant de la valeur la moins élevée du groupe à la valeur la plus élevée du groupe ;
e) installation dans l’enceinte de N colonnes constituées chacune d’un empilement de modules batterie connectés en série et délivrant une tension au moins égale à la tension de base U de la colonne ;
f) connexion en série des colonnes pour permettre la délivrance non simultanée de chacune des tensions choisies parmi Vi , .... , Vn.
2. Méthode selon la revendication 1, dans laquelle l’enceinte est de longueur L et la méthode comprend la détermination de la largeur 1 d’une colonne en divisant la longueur L de l’enceinte par le nombre N de colonnes.
3. Méthode selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle, à l’étape f), la connexion en série des ki colonnes constitue une branche batterie délivrant une tension Vi égale à ki><U.
4. Méthode selon la revendication 3, comprenant en outre une étape g) de connexion en parallèle d’au moins deux branches batterie.
5. Méthode selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle le nombre N de colonnes est égal au plus petit commun multiple des n valeurs ki.
6. Méthode selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’enceinte est un abri préfabriqué ou un conteneur de transport dont les dimensions sont normalisées.
7. Enceinte comprenant une pluralité de modules batterie, dans laquelle les modules batterie sont empilés, forment N colonnes, et sont connectés en série au sein d’une même colonne, deux colonnes adjacentes pouvant être connectées en série, l’ensemble des modules batterie étant apte à délivrer une tension Vi choisie dans un groupe de n valeurs de tensions Vi, V2, ..., Vn, prédéterminées par un utilisateur, chaque colonne de modules baterie délivrant une tension de base U, U étant telle que U = Vi/ki - Ei x Vi ; i allant de 1 à n et ki étant un nombre entier, Ei allant de 0 à Emax, Emax étant fixé par l’utilisateur.
8. Enceinte selon la revendication 7, dans laquelle les N colonnes comportent le même nombre de modules batterie.
9. Enceinte selon l’une des revendications 7 et 8, dans laquelle, il n’existe aucune interruption de la connexion en série entre deux modules batterie au sein d’une même colonne.
10. Méthode d’installation d’une pluralité d’éléments électrochimiques de format parallélépipédique dans un volume de format parallélépipédique, chaque élément électrochimique présentant six orientations différentes dans le volume, la méthode comprenant les étapes de :
a) détermination du nombre maximal d’éléments électrochimiques pouvant être logés dans le volume de format parallélépipédique selon chacune des trois directions de l’espace, pour chacune des six orientations ;
b) calcul du taux de remplissage du volume pour chacune des six orientations à partir du nombre maximal d’éléments électrochimiques déterminé à l’étape a) ;
c) choix par un utilisateur d’un taux de remplissage minimum du volume de format parallélépipédique ; d) sélection d’une ou de plusieurs orientations parmi les six orientations possibles, pour lesquelles le taux de remplissage du volume est au moins égal au taux de remplissage minimum choisi à l’étape c).
11. Méthode selon la revendication 10, dans laquelle le volume de format parallélépipédique est le volume intérieur d’un boîtier de module batterie ou un volume vertical d’une pièce ou d’un conteneur.
12. Méthode selon la revendication 10 ou 11, dans laquelle le volume de format parallélépipédique est un volume vertical d’une pièce ou d’un conteneur, et à chaque orientation retenue à l’étape d), correspond un empilement d’un nombre maximal n3 de couches comprenant chacune un ou plusieurs éléments électrochimiques.
13. Méthode selon la revendication 12, dans laquelle plusieurs couches comprenant chacune un ou plusieurs éléments électrochimiques sont connectées en série, et sont aptes à délivrer une tension de base de colonne U.
14. Méthode selon la revendication 13, comprenant en outre une étape e) de recherche parmi les orientations sélectionnées à l’étape d) d’un arrangement des éléments électrochimiques compatible avec la tension U, au cours de laquelle étape e), on détermine la tension T délivrée par une couche comprenant un ou plusieurs éléments électrochimiques, en divisant la tension de colonne U par le nombre maximal n3 de couches.
15. Méthode selon la revendication 14, dans laquelle, on détermine le mode de connexion en série et/ou en parallèle des éléments électrochimiques situés sur une même couche de manière à ce que ces éléments délivrent une tension inférieure ou égale à la tension T.
16. Méthode selon l’une des revendications 12 à 15, dans laquelle le ou les éléments électrochimiques d’une même couche sont regroupés pour former un module batterie.
17. Méthode comprenant :
- la mise en œuvre des étapes de la méthode d’installation d’une pluralité de modules batterie selon l’une des revendications 1 à 6, suivie de - la mise en œuvre des étapes de la méthode d’installation d’une pluralité d’éléments électrochimiques de format parallélépipédique dans un volume de format parallélépipédique selon l’une des revendications 10 à 16.
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