WO2023041852A1 - Systeme de batterie de stockage d'energie electrique comprenant un systeme de securite de degazage - Google Patents

Systeme de batterie de stockage d'energie electrique comprenant un systeme de securite de degazage Download PDF

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WO2023041852A1
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battery
cooling means
battery cell
module
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Guillaume Jumel
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Psa Automobiles Sa
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    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
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    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/35—Gas exhaust passages comprising elongated, tortuous or labyrinth-shaped exhaust passages

Definitions

  • TITLE ELECTRICAL ENERGY STORAGE BATTERY SYSTEM INCLUDING A DEGASING SAFETY SYSTEM
  • the invention relates to a battery comprising a cooling means and a battery module attached to this cooling means.
  • the invention applies in particular to vehicles comprising an electric driving machine and the battery supplying this driving machine.
  • Battery will be understood throughout the text of this document to mean an assembly comprising at least one battery module containing at least one electrochemical cell.
  • This battery optionally comprises electrical or electronic means for managing the electrical energy of this at least one module.
  • these modules When there are several modules, they are generally grouped together in a tray or casing and then form a battery pack, this battery pack being often designated by the English expression "battery pack", this casing generally containing an assembly interface, and connection terminals and forming an airtight space around the modules by enclosing them between a bottom and a cover.
  • This battery further comprises the means for cooling the module, for example a cooler in the form of a plate inserted between the bottom of the module and the bottom of the casing, or any other means.
  • This battery is generally fixed by bolting to the body structure, for example under the floor of the vehicle.
  • electrochemical cell will be understood throughout the text of this document to mean cells generating current by chemical reaction, for example of the lithium-ion (or Li-ion) type, of the Ni-Mh type, or Ni -Cd or lead or even fuel cells.
  • This definition relates in particular to elements such as a cell or a battery module.
  • This module, and/or the cells it contains, further comprise a degassing safety system in the event of thermal runaway of a cell of the module.
  • a fusible membrane beyond a temperature and/or pressure threshold is bonded around an opening made through the module or a cell or a duct, and concealing this opening
  • Such safety systems are sometimes combined with module or cell breathing systems, this breathing being there only to compensate for normal gas expansion or contraction.
  • These safety systems release a jet of hot gas when the electrochemical reactions of the cells are self-sustaining by creating a thermal runaway: the electrochemical reaction within the cell is exothermic which generates a rise in the temperature of the cell which in turn accelerates the electrochemical reaction which in turn raises the temperature even more and so on.
  • Patent document LIS-A1-20190229384 discloses a cooling means in the form of a cooling plate attached to battery cells each comprising a safety system as described above, this plate being crossed in its thickness through holes opposite each safety system, so that the hot gases can pass through the plate.
  • an electrical energy storage battery system comprising:
  • degassing safety system capable of releasing a gas generated by thermal runaway of the electrochemical battery cell
  • a means for cooling the electrochemical battery element having a face in thermal contact with the electrochemical battery element and comprising a first internal chamber capable of being traversed by a heat transfer fluid in order to cool the electrochemical battery element, the means cooling comprising a second internal chamber fluidly connected to the degassing safety system and capable of being traversed by the gas generated, the face being separated from the second chamber by the first chamber, so that the heat transfer fluid is also able to cool the gas generated in the second chamber.
  • the invention allows the cooling means to make the best use of the heat capacity of the heat transfer fluid, for example glycol water, for four distinct and simultaneous functions:
  • the hot gas generated will not be in contact with electrical or electronic means for the management of electrical energy of this module, nor with a tray or casing grouping together a set of cells and/or modules.
  • the second internal chamber is precisely internal (by means of cooling), makes it possible to maximize the heat exchange between the heat transfer fluid and the gas generated and therefore to concentrate or localize the high temperature rises at the within the cooling means.
  • the face is entirely separated from the second internal chamber by the first internal chamber.
  • the cooling means is arranged so that the heat flux emanating from the second internal chamber cannot reach the face without passing through the first internal chamber.
  • the first internal chamber is equal to or larger in volume and/or area than the second internal chamber.
  • the second chamber houses the degassing safety system.
  • the electrochemical battery cell houses the degassing safety system.
  • the degassing safety system is for example common to several electrochemical battery cells.
  • this battery system comprises a single degassing safety system, the battery system comprising a means of fluid communication between the single degassing safety system and the second internal chamber, so as to collect the gas generated by the elements electrochemical battery and lead it into the second internal chamber.
  • the battery system may comprise a degassing safety system for each electrochemical battery cell.
  • this battery system comprises a means of fluid communication between each degassing safety system and the second internal chamber, so as to collect the gas generated by each electrochemical battery element and route it into the second internal chamber.
  • the cooling means comprises a first part forming the first chamber and a second part forming the second chamber, the second part being attached and fixed to the first part.
  • the first part is a standard or commercial cooling sub-means, to which is attached the second part, this standard sub-cooling means requiring no adaptation for the invention.
  • the second part is secured to the first part.
  • Solidarity or solidarity will be understood throughout the text of this document to mean that two parts (here the two parts) are linked directly to each other in the six degrees of freedom, that is to say that these two parts integral with each other form a rigid sub-assembly.
  • the direct connection in the sense of this text, is a part-to-part contact, only authorizing the insertion between the two parts of means improving thermal conduction compared to a situation where there would not be these improving means. heat conduction.
  • thermal paste whether it remains in a pasty state or whether it polymerizes, in particular polyurethane adhesives, or even a deformable thermally conductive element.
  • the second part is welded to the first part, or glued, or brazed, or screwed, riveted, clipped, or punched or any means or combination of means achieving this connection.
  • the cooling means comprises a thermal paste inserted between the two parts.
  • This paste is advantageously thermally conductive and comprises for example a polyurethane-type glue. This paste prevents any air gap between the two parts, thus promoting thermal conduction between the two internal chambers.
  • the first part is a cooling plate.
  • the second part comprises a serpentine-shaped pipe, the second chamber being the internal volume of this pipe.
  • the first part is made from a different material from the second part.
  • the material of the second part is thermally more conductive than the material of the first part.
  • the material of the second part comprises copper whose thermal conductivity is of the order of 391 W/mK at 20° C. and the material of the first part comprises aluminum whose thermal conductivity is of the order 185 W/mK at 20°C.
  • this system further comprises a tray delimiting an airtight internal space, this internal space housing:
  • this cooling means comprising a gas channeling means outside the internal space through an opening of the tank.
  • This gas channeling means outside the internal space is for example an evacuation pipe extending from the second chamber, this pipe passing through the opening of the tank.
  • FIG 1 represents a schematic section of a system according to the invention applied to an electric motor vehicle battery in an orthonormal XYZ frame of a vehicle, Z being the vertical axis, Y the axis transverse, and X the longitudinal axis of the vehicle oriented in a forward direction of the vehicle. Note that this definition of the XYZ orthonormal frame applies to all text in this document.
  • FIG 2 shows the same section as Figure 1, but detailing an example of a module and cooling means according to the invention.
  • This module comprises three cells, each of these cells illustrating a different variant according to the invention.
  • FIG 3 shows the same section as Figure 1, but detailing another example of a module and cooling means according to the invention.
  • FIG 4 shows a diagram of the system according to the invention, in exploded view.
  • this vehicle structure comprises:
  • a floor 1 comprising a sheet 2 having a lower face 2i, and an opposite upper face 2s intended to be oriented towards a passenger compartment 3 of the vehicle,
  • a battery module 4 which is one of the possible examples of an electrochemical battery cell 4, 21, for storing electrical energy, and which comprises a support surface 5,
  • a cooling means 131, 132, 222, 20, 22, 23, 24 of module 4 here in the form of a plate but this is not compulsory.
  • this module 4 is positioned between the lower face 2i and this cooling means 131, 132, 222, 20, 22, 23, 24, and this structure comprises a fixing means 6, 7 fixing the battery module 4 to the floor 1, the bearing face 5 being pressed against the lower face 2i of the sheet 2 and in contact on this lower face 2i.
  • This vehicle structure generally forms a cabin 3, between the floor 1 and a pavilion interconnected by uprights, but not necessarily. This may be the structure of an autonomous vehicle without passenger or driver. The passenger compartment 3 will then be understood as the part of the structure located above the floor 1.
  • the battery module 4, and/or the cells 21 that it contains, is therefore fixed directly to the floor 1 of the structure of the vehicle, which makes it possible to distance the module 4 along the Z axis from the surface. vehicle driving.
  • the expression “directly fixed to the floor 1" must be understood in the sense that the bearing face 5 is pressed against the lower face 2i of the sheet 2 and in contact on this lower face 2i, possibly by inserting a thermal paste between both.
  • This module 4 comprises, for example, prismatic cells 21 interconnected by inter-cell connection plates. It is advantageous to place the cells in contact with the cooling means 131, 132, 222, 20, 22, 23, 24 via the module 4. But this invention is just as applicable for all the other architectures of module 4, and in particular cells 21 cylindrical, or in the form of pockets.
  • module 4 is itself prismatic but this is not mandatory.
  • the bearing face 5 will ideally be flat but this is not obligatory either, it can be of any type. But if an additional heat exchange is desired by means of cooling 131, 132, 222, 20, 22, 23, 24, by diffusing the heat emitted by the module 4 through the floor 1, it will be advantageous that this face d support marries the lower surface 2i of the sheet 2. Indeed, it is advantageous to insert a thermal paste between the support face 5 and the lower face 2i, and to minimize the amount of this paste used it is advantageous that the lower face 2i is in shape correspondence with the support face 5.
  • the fixing means 6, 7 fixing the battery module 4 to the floor 1 comprises for example a screw (represented by an axis line 6) passing through a hole in the module 4, and whose threaded end cooperates with a nut 7 welded directly or indirectly under the floor 1 as illustrated in Figures 1.
  • This nut 7 is for example welded to the lower surface 2i or to a beam 8.
  • heat-conducting paste or a deformable heat-conducting element may be inserted between the lower face 2i and the bearing face 5 and having a bonding function.
  • the screw is then used, for example, to pre-hold the module 4 until the paste polymerizes or reticulates and forms an adhesive, or even the screw is not necessary if when installing the module 4 it is held in place by a mounting means while the glue (or paste) polymerizes.
  • This floor 1 comprises for example the fixed beam 8, at least over part of its length, directly on the underside 2i.
  • This beam 8 is for example a stamped sheet steel profile having a "V" or “II” section, this section being closed by the lower face 2i of the sheet 2.
  • this beam 8 is welded by simple or double electric welding points on the underside 2i, but other fastening means are possible such as welds by adding metal, riveting, screwing, gluing.
  • This structure comprises for example a spar 9, along the X axis, fixed directly to the underside 2i and forming with the beam 8 and the sheet 2 a cell or internal space housing the battery module 4.
  • This spar 9 like the beam 8, will for example be fixed by electric spot welding.
  • this spar 9 is for example a stamped steel sheet.
  • This spar is, in a known manner, located near the bottom of the body, along the X axis and on one side of the body, and ensures the longitudinal rigidity of the structure.
  • This beam 8 is for example a transverse crosspiece to the spar 9 and fixed at one of its ends directly to the spar 9, for example by welding.
  • This structure comprises a fairing plate 10 remote from the cooling means 131, 132, 222, 20, 22, 23, 24 and covering the cooling means 131, 132, 222, 20, 22, 23, 24 and a face 11 of the module, this face 11 being opposite the support face 5, this fairing plate 10 being fixed directly or indirectly to the floor 1 in a sealed manner, and serves as the bottom of the tank.
  • Fairing plate 10 will be understood throughout the text of this document to mean a plate or wall arranged so as to:
  • This sealing is understood, throughout the text of this document, as being a sealing of the internal space between the floor 1 and the fairing plate 10 vis-à-vis attacks external to the module 4, for example splashes of water or mud, but also vis-à-vis toxic gases, hot gases, which can be emitted by the module 4 or one of its cells 21, as long as this gas does not exceed a predetermined threshold pressure and/or a predetermined threshold temperature.
  • the internal space is therefore airtight.
  • the distance between the fairing plate 10 and the cooling means 131, 132, 222, 20, 22, 23, 24 allows the fairing plate 10 to deform in the event of an impact, without impacting the means of cooling 131, 132, 222, 20, 22, 23, 24 and/or module 4.
  • this fairing plate 10, the floor 1 and the sheet 2, the beam 8, the spar 9, form an example of a battery tray 1, 2, 8, 9, 10 according to the invention, also called casing 1, 2, 8, 9, 10 battery.
  • a tray more familiar to those skilled in the art comprises a receptacle housing the modules 4, this receptacle being closed by a cover, this tray then being attached and screwed onto a structure of the vehicle.
  • this fairing plate 10 is, for example, fixed directly to an underside of the beam 8, which allows fixing points in the central part of the fairing plate 10.
  • this fairing plate 10 is fixed directly to an underside 9i of the spar 9.
  • This structure comprises for example two parallel beams 9, the beam 8, the sheet 2 and the fairing plate 10, this assembly defining the sealed internal space housing the module 4 and the cooling means 131, 132, 222, 20, 22, 23, 24.
  • FIG. 2 illustrates in particular this cooling means 131, 132, 222, 20, 22, 23, 24.
  • This means comprises for example a first wall 23 and a second wall 24 defining between them a first chamber 22 of circulation of a heat transfer fluid, the first wall 23 being pressed against the module 4.
  • This first chamber 22 is for example part of a cooling circuit of the module 4.
  • This circuit further comprises a circulation pump, an exchanger, possibly a heater, and an expansion vessel when this fluid is for example in liquid form, as well as a fluid circulation line connecting all of the aforementioned elements in a closed loop.
  • This circulation of the fluid for example glycol water, takes place by actuating the circulation pump.
  • the two walls 23, 24 are for example two sheets welded to each other, or glued.
  • the first sheet 23 is for example flat and flat against the module 4, and the second 24 is stamped with a shape so as to form a channel (the first chamber 22) through which the heat transfer fluid passes and describes a serpentine.
  • this coil will be uniformly distributed over the entire face of the opposite module 11 .
  • the first sheet 23 comprises for example a hole through which a screw fixing the cooling means 131, 132, 222, 20, 22, 23, 24 on the module 4.
  • a screw fixing the cooling means 131, 132, 222, 20, 22, 23, 24 on the module 4.
  • a heat-conductive paste 28 or a heat-conductive deformable element can be inserted between the cooling means 131, 132, 222, 20, 22, 23, 24, and the opposite face 11 of the module 4, this paste 28 or deformable element comprising and/or consisting of an adhesive, for example of the polyurethane type, but other types of adhesive can be envisaged.
  • the screw then serves, for example, to pre-hold the cooling means 131, 132, 222, 20, 22, 23, 24 on the module 4, until the glue polymerizes or crosslinks, or even the screw is not necessary. if, when this plate is put in place, it is held in place by a mounting means while the adhesive polymerizes, as for the fixing means 6, 7 fixing the battery module 4 to the floor 1 .
  • the invention relates more specifically to an electrical energy storage battery system comprising:
  • degassing safety system 25 capable of releasing a gas generated by thermal runaway of the electrochemical battery cell 4, 21,
  • the face 111 of the cooling means is therefore against the opposite face 11 of the electrochemical battery cell 4, 21, which in this example of Figure 1 is the battery module 4.
  • Figure 2 shows examples with battery cells 21, the opposite face 11 of which is directly in contact with the face 111 of the cooling means, even if an envelope is schematized to materialize the module 4 grouping together these cells 21 .
  • Figure 3 shows another example with the module 4 enclosing three cells 21, the face 111 of the cooling means being directly against the opposite face 11 of the module 4.
  • the second chamber 222 houses the degassing safety system 25.
  • This degassing safety system 25 is shown only in Figures 2 and 3. Each of these two figures discloses several positioning variants of the degassing safety system 25, and in particular in the second chamber 222 to left of Figures 2 and 3.
  • the second chamber 222 can house the degassing safety system 25 close to the cells 21 or the module 4 (not shown), or further away (relative to the direction of evacuation of the gas generated) as in Figures 2 and 3.
  • FIG. 3 A variant, in each of Figures 2 and 3, illustrates the electrochemical battery element 4, 21 housing the degassing safety system 25.
  • Figure 2 illustrates a cell 21 (the central cell, and the cell on the right of the figure) housing the degassing safety system 25, a means of fluid communication 19 between the degassing safety system 25 and the second chamber 222 being arranged so that the gas generated escapes through a first part 131 of the cooling means, without pooling the heat transfer fluid and the gas generated.
  • FIG. 3 it is a wall of the module 4 which houses the degassing safety system 25, the fluid communication means 19 between the degassing safety system 25 and the second chamber 222 bypassing the first part 131.
  • This cooling means 131, 132, 222, 20, 22, 23, 24 comprises for example the first part 131 forming the first chamber 22 and a second part 132 forming the second chamber 222, the second part 132 being attached and fixed on the first part 131.
  • This cooling means 131, 132, 222, 20, 22, 23, 24 comprises a thermal paste 28 inserted between the two parts 131, 132, and which may be the same thermal paste (thermally conductive) as that inserted between the cooling means 131, 132, 222, 20, 22, 23, 24, and electrochemical battery cell 4, 21, for example by overflow.
  • This thermal paste 28 is represented in an original way by replacing the usual hatching with a set of small circles, so that the figure is more easily readable.
  • This paste 28 is for example of the same composition as the paste inserted between the floor 1 and the module 4, previously described.
  • the first part 131 is for example a cooling plate 131, very well suited for cooling 4 prismatic modules. But the shape of this first part 131 can be very different and will adapt to the shape of the electrochemical battery cell 4, 21: for example, the first part 131 will advantageously be tubular in shape for cylindrical cells (not shown) , surrounding these cylindrical cells but, even in this case, the first part 131 may also be a plate for cooling the ends of the cylindrical cells.
  • the second part 132 comprises for example a conduit 20 or tube 20 in the form of a serpentine, the second chamber 222 being the internal volume of this conduit 20 or tube 20.
  • This tube 20 and is for example of circular section but not necessarily.
  • the internal surface of the tube 20 can comprise one or more radial protrusions increasing the thermal convection between the gas and the tube 20, and/or fins increasing the heat exchange surface of the tube 20 with the gas.
  • the fluidic communication means 19 is for example also of tubular shape. For example, a first of its ends is stitched onto the second chamber 222 in one or more different places. For example, there will be as many fluidic communication means 19 as degassing safety systems 25.
  • a second end 26 of the fluidic communication means 19 is for example in thermal contact with the electrochemical battery element 4, 21, vis-à-vis the degassing safety system 25.
  • This thermal contact is for example a direct contact, this second end 26 being prestressed against the battery cell 4, 21.
  • This thermal contact is for example made by continuity of material with the battery element 4, 21.
  • This thermal contact is for example made by inserting the thermal paste 28 between the end 26 and the battery element 4, 21.
  • the first part 131 is for example made from a different material from the second part 132.
  • the material of the second part 132 is for example thermally more conductive than the material of the first part 131.
  • This battery system includes tray 1, 2, 8, 9, 10 delimiting a hermetic internal space, this internal space housing:
  • this cooling means 131, 132, 222, 20, 22, 23, 24 comprising a gas channeling means 200 outside the space internally through an opening 31 of the tray 1, 2, 8, 9, 10, visible in particular in Figure 4.
  • This gas channeling means 200 outside the internal space is, for example, a tubular pipe passing through the opening 31, for example as an extension of the tube 20. More generally, this gas channeling means 200 is stitched on the second chamber 222.
  • this gas channeling means 200, as well as the fluid communication means 19, will be made of the same material as the second part 132, but not necessarily.

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Abstract

Système de batterie de stockage d'énergie électrique comprenant : - un élément de batterie électrochimique (4), - un système de sécurité de dégazage propre à libérer un gaz généré par un emballement thermique de l'élément de batterie électrochimique (4), - un moyen de refroidissement (131, 132, 222, 20, 22) de l'élément de batterie électrochimique (4), présentant une face (111) en contact thermique avec l'élément de batterie électrochimique (4), et comprenant une première chambre interne (22) propre à être parcourue par un fluide caloporteur, le moyen de refroidissement (131, 132, 222, 20, 22) comprenant une deuxième chambre interne (222) fluidiquement raccordée au système de sécurité de dégazage, la face (111) étant séparée de la deuxième chambre (222) par la première chambre (22).

Description

DESCRIPTION
TITRE : SYSTEME DE BATTERIE DE STOCKAGE D’ENERGIE ELECTRIQUE COMPRENANT UN SYSTEME DE SECURITE DE DEGAZAGE
[001] La présente invention revendique la priorité de la demande française N°2109834 déposée le 20.09.2021 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
[002] L’invention concerne une batterie comprenant un moyen de refroidissement et un module de batterie accolé à ce moyen de refroidissement. L’invention s’applique en particulier aux véhicules comprenant une machine motrice électrique et la batterie alimentant cette machine motrice.
[003] On comprendra par batterie, dans tout le texte de ce document, un ensemble comprenant au moins un module de batterie contenant au moins une cellule électrochimique.
[004] Cette batterie comprend éventuellement des moyens électriques ou électroniques pour la gestion d’énergie électrique de ce au moins un module. Quand il y a plusieurs modules, ils sont généralement regroupés dans un bac ou carter et forment alors un bloc batteries, ce bloc batteries étant souvent désigné par l’expression anglaise « pack batteries », ce carter contenant généralement une interface de montage, et des bornes de raccordement et formant un espace hermétique autour des modules en les enfermant entre un fond et un couvercle. Cette batterie comprend en outre le moyen de refroidissement du module, par exemple un refroidisseur en forme de plaque insérée entre le fond du module et le fond du carter, ou tout autre moyen. Cette batterie est généralement fixée par boulonnage à la structure de caisse, par exemple sous le plancher du véhicule.
[005] Par ailleurs, on comprendra par cellule électrochimique dans tout le texte de ce document, des cellules générant du courant par réaction chimique, par exemple de type lithium-ion (ou Li-ion), de type Ni-Mh, ou Ni-Cd ou plomb ou encore les piles à combustible. Cette définition concerne en particulier des éléments comme une cellule ou un module de batterie. [006] Ce module, et/ou les cellules qu’il contient, comprennent en outre un système de sécurité de dégazage en cas d’emballement thermique d’une cellule du module.
[007] De tels systèmes de sécurité sont connus en tant que tel. Il existe plusieurs technologies applicables à l’invention qui va être décrite. Par exemple :
- une membrane fusible au-delà d’un seuil de température et/ou de pression est adhérisée autour d’une ouverture pratiquée au travers du module ou d’une cellule ou d’un conduit, et masquant cette ouverture,
- une soupape poussée par un ressort en position fermée et masquant cette même ouverture.
[008] De tels systèmes de sécurité sont parfois combinés avec des systèmes de respiration des modules ou des cellules, cette respiration n’étant là que pour compenser une dilatation ou contraction normale des gaz. Ces systèmes de sécurité libèrent un jet de gaz chaud lorsque les réactions électrochimiques des cellules s’auto-entretiennent en créant un emballement thermique : la réaction électrochimique au sein de la cellule est exothermique ce qui engendre une élévation de la température de la cellule qui à son tour accélère la réaction électrochimique qui à son tour élève encore plus la température et ainsi de suite.
[009] Ces gaz sont très chauds et il est alors avantageux qu’ils traversent le moyen de refroidissement de sorte qu’ils soient, une fois échappés, thermiquement isolés du module de batterie par le moyen de refroidissement. Ces gaz pénètrent alors un espace préservé entre le bac et le moyen de refroidissement.
[010] On connaît du document de brevet LIS-A1 -20190229384 un moyen de refroidissement sous forme d’une plaque de refroidissement accolée à des cellules de batterie comprenant chacune un système de sécurité tel que précédemment décrit, cette plaque étant traversée dans son épaisseur par des trous en vis-à-vis de chaque système de sécurité, de sorte que les gaz chauds puissent traverser la plaque.
[011] Cette disposition est cependant perfectible, car un inconvénient principal est que les gaz chauds qui s’échappent ne sont pas ou peu refroidis et présentent un risque de propagation de chaleur aux autres cellules voisines ou à tout élément de proximité sensible à la chaleur. [012] Le but de l’invention est de remédier à cet inconvénient principal en proposant un perfectionnement permettant à la fois d’évacuer les gaz et de les refroidir.
[013] Dans cet objectif, l’invention propose un système de batterie de stockage d’énergie électrique comprenant :
- un élément de batterie électrochimique,
- un système de sécurité de dégazage propre à libérer un gaz généré par un emballement thermique de l’élément de batterie électrochimique,
- un moyen de refroidissement de l’élément de batterie électrochimique présentant une face en contact thermique avec l’élément de batterie électrochimique et comprenant une première chambre interne propre à être parcourue par un fluide caloporteur pour refroidir l’élément de batterie électrochimique, le moyen de refroidissement comprenant une deuxième chambre interne fluidiquement raccordée au système de sécurité de dégazage et propre à être parcourue par le gaz généré, la face étant séparée de la deuxième chambre par la première chambre , de sorte que le fluide caloporteur soit apte en outre à refroidir le gaz généré dans la deuxième chambre.
[014] Ainsi l’invention permet au moyen de refroidissement d’utiliser au mieux la capacité calorifique du fluide caloporteur, par exemple de l’eau glycolée, pour quatre fonctions distinctes et simultanées :
- 1 ) refroidir l’élément de batterie électrochimique, par exemple une cellule ou un module de batterie,
- 2) refroidir au mieux le gaz lorsqu’il est généré, c’est-à-dire en cas d’emballement thermique d’une cellule comme précédemment expliqué, de sorte que lorsqu’il s’échappe du système il ne soit pas trop chaud pour ne pas détériorer les éléments environnants et/ou personnes à proximité,
- 3) Isoler thermiquement le ou les éléments de batterie électrochimique du gaz chaud généré, de sorte à ne pas propager l’emballement thermique aux éléments de batterie électrochimique voisins, la première chambre interne jouant alors le rôle d’un écran thermique,
- 4) épargner au mieux le système de batterie lui-même en localisant ou concentrant les échanges de chaleurs au sein du moyen de refroidissement : par exemple, le gaz chaud généré ne sera pas en contact avec des moyens électriques ou électroniques pour la gestion d’énergie électrique de ce module, ni avec un bac ou carter regroupant un ensemble de cellules et/ou modules. [015] On notera que le fait que la deuxième chambre interne soit justement interne (au moyen de refroidissement), permet de maximiser l’échange thermique entre le fluide caloporteur et le gaz généré et donc de concentrer ou localiser les fortes élévations de température au sein du moyen de refroidissement.
[016] Avantageusement, la face est entièrement séparée de la deuxième chambre interne par la première chambre interne. Autrement dit, le moyen de refroidissement est agencé de sorte que le flux thermique émanant de la deuxième chambre interne ne puisse atteindre la face sans traverser la première chambre interne. Par exemple, la première chambre interne est égale ou plus grande en volume et/ou en surface que la deuxième chambre interne.
[017] Selon un mode de réalisation de l’invention, la deuxième chambre loge le système de sécurité de dégazage.
[018] Selon une variante de réalisation, l’élément de batterie électrochimique, loge le système de sécurité de dégazage.
[019] On notera que le système de sécurité de dégazage est par exemple commun à plusieurs éléments de batterie électrochimique. Par exemple ce système de batterie comprend un unique système de sécurité de dégazage, le système de batterie comprenant un moyen de communication fluidique entre l’unique système de sécurité de dégazage et la deuxième chambre interne, de sorte à collecter le gaz généré par les éléments de batterie électrochimique et le cheminer jusque dans la deuxième chambre interne.
[020] On notera également que le système de batterie peut comprendre un système de sécurité de dégazage pour chaque élément de batterie électrochimique. Par exemple ce système de batterie comprend un moyen de communication fluidique entre chaque système de sécurité de dégazage et la deuxième chambre interne, de sorte à collecter le gaz généré par chaque élément de batterie électrochimique et le cheminer jusque dans la deuxième chambre interne.
[021] Selon un mode de réalisation de l’invention, le moyen de refroidissement comprend une première partie formant la première chambre et une deuxième partie formant la deuxième chambre, la deuxième partie étant rapportée et fixée sur la première partie.
[022] Ces deux parties permettent par exemple que la première partie soit un sous-moyen de refroidissement standard ou du commerce, auquel est accolé la deuxième partie, ce sous-moyen de refroidissement standard ne nécessitant aucune adaptation pour l’invention.
[023] Avantageusement, la deuxième partie est solidarisée à la première partie.
[024] On comprendra par solidaire ou solidarisation, dans tout le texte de ce document, le fait que deux pièces (ici les deux parties) soient liées directement entre-elles dans les six degrés de liberté, c’est-à-dire que ces deux pièces solidaires entre-elles forment un sous-ensemble rigide. La liaison directe, dans le sens de ce texte, est un contact pièce à pièce, n’autorisant que l’insertion entre les deux pièces de moyens améliorant la conduction thermique par rapport à une situation où il n’y aurait pas ces moyens améliorant la conduction thermique. On notera comme moyens l’exemple de la pâte thermique, qu’elle reste à l’état pâteux ou qu’elle se polymérise, notamment les colles polyuréthanes, ou encore un élément déformable thermoconducteur.
[025] Par exemple la deuxième partie est soudée à la première partie, ou collée, ou brasée, ou vissée, rivetée, clipsée, ou poinçonnée ou tout moyen ou combinaison de moyens réalisant cette solidarisation.
[026] Ainsi la conduction thermique entre les deux chambres est parfaitement maitrisée.
[027] Selon un mode de réalisation de l’invention, le moyen de refroidissement comprend une pâte thermique intercalée entre les deux parties.
[028] Cette pâte est avantageusement thermo-conductrice et comprend par exemple une colle de type polyuréthane. Cette pâte permet qu’aucun vide d’air ne s’interpose entre les deux parties, favorisant ainsi la conduction thermique entre les deux chambres internes.
[029] Selon un mode de réalisation de l’invention, la première partie est une plaque de refroidissement.
[030] Selon un mode de réalisation de l’invention, la deuxième partie comprend une conduite en forme de serpentin, la deuxième chambre étant le volume interne de cette conduite.
[031] Selon un mode de réalisation de l’invention, la première partie est réalisée à partir d’un matériau différent de la deuxième partie.
[032] Selon un mode de réalisation de l’invention, le matériau de la deuxième partie est thermiquement plus conducteur que le matériau de la première partie. Par exemple le matériau de la deuxième partie comprend du cuivre dont la conductivité thermique est de l’ordre de 391 W/m.K à 20°C et le matériau de la première partie comprend de l’aluminium dont la conductivité thermique est de l’ordre de 185 W/m.K à 20°C.
[033] En effet, plus le matériau sera thermiquement conducteur, plus la réponse temporelle du moyen de refroidissement sera rapide. Or justement, cet emballement thermique présente en générale une grande célérité, et le matériau de la deuxième partie étant thermiquement plus conducteur il permet judicieusement d’apporter un refroidissement rapide du gaz généré, permettant donc de contenir une élévation de température qui aurait lieu sans ce matériau plus conducteur.
[034] Selon un mode de réalisation de l’invention, ce système comprend en outre un bac délimitant un espace interne hermétique, cet espace interne logeant :
- l’élément de batterie électrochimique,
- le système de sécurité de dégazage, et
- le moyen de refroidissement, ce moyen de refroidissement comprenant un moyen de canalisation du gaz en dehors de l’espace interne au travers d’une ouverture du bac.
[035] Ce moyen de canalisation du gaz en dehors de l’espace interne est par exemple une conduite d’évacuation en prolongation de la deuxième chambre, cette conduite traversant l’ouverture du bac.
[036] D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence aux figures dans lesquelles :
[037] [Fig 1] : représente une section schématisée d’un système selon l’invention appliqué à une batterie de véhicule à motricité électrique dans un repère XYZ orthonormé d’un véhicule, Z étant l’axe vertical, Y l’axe transversal, et X l’axe longitudinal du véhicule orienté selon un sens de marche avant du véhicule. On notera que cette définition du repère orthonormé XYZ s’applique à tout le texte de ce document.
[038] [Fig 2] : représente une même section que la figure 1 , mais détaillant un exemple de module et de moyen de refroidissement selon l’invention. Ce module comprend trois cellules, chacune de ces cellules illustrant une variante différente selon l’invention. [039] [Fig 3] : représente une même section que la figure 1 , mais détaillant un autre exemple de module et de moyen de refroidissement selon l’invention.
[040] [Fig 4] : représente un schéma du système selon l’invention, en vue éclatée.
[041] Il est à garder à l’esprit que les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l’invention. Elles constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En outre, dans ce qui va suivre, il est fait référence à toutes les figures prises en combinaison. Quand il est fait référence à une ou des figures spécifiques, ces figures sont à prendre en combinaison avec les autres figures pour la reconnaissance des références numériques désignées. Les références des éléments inchangés ou ayant la même fonction sont communes à toutes les figures, et les variantes de réalisation.
[042] Ces figures, et la figure 1 en particulier, divulguent une structure de véhicule automobile réalisant un bac 1 , 2, 8, 9, 10 de batterie selon la définition du présent texte, mais en variante non représentée ce bac 1 , 2, 8, 9, 10 est par exemple rapporté sous ou sur la structure de ce véhicule.
[043] Pour la variante illustrée sur la figure 1 , cette structure de véhicule comprend :
- un plancher 1 comprenant une tôle 2 ayant une face inférieure 2i, et une face opposée supérieure 2s destinée à être orientée vers un habitacle 3 du véhicule,
- un module de batterie 4, qui est l’un des exemples possibles d’élément de batterie électrochimique 4, 21 , pour le stockage d’énergie électrique, et qui comprend une face d’appui 5,
- un moyen de refroidissement 131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24 du module 4, ici en forme de plaque mais ce n’est pas obligatoire. ce module 4 est positionné entre la face inférieure 2i et ce moyen de refroidissement 131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24, et cette structure comprend un moyen de fixation 6, 7 fixant le module 4 de batterie au plancher 1 , la face d’appui 5 étant plaquée contre la face inférieure 2i de la tôle 2 et en contact sur cette face inférieure 2i.
[044] Cette structure de véhicule forme généralement un habitacle 3, entre le plancher 1 et un pavillon reliés entre eux par des montants, mais pas nécessairement. Cela peut-être la structure d’un véhicule autonome sans passager ni conducteur. L’habitacle 3 se comprendra alors comme la partie de la structure située au-dessus du plancher 1.
[045] Le module de batterie 4, et/ou les cellules 21 qu’il contient, est donc fixé directement au plancher 1 de la structure du véhicule, ce qui permet d’éloigner selon l’axe Z le module 4 de la surface de roulage du véhicule. L’expression « directement fixé au plancher 1 » doit se comprendre dans le sens où la face d’appui 5 est plaquée contre la face inférieure 2i de la tôle 2 et en contact sur cette face inférieure 2i, éventuellement en intercalant une pâte thermique entre les deux.
[046] Ce module 4 comprend par exemple des cellules 21 prismatiques reliées entre elles par des plaquettes de connexions inter cellules. Il est avantageux de placer les cellules en contact avec le moyen de refroidissement 131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24 via le module 4. Mais cette invention est tout autant applicable pour toutes les autres architectures de module 4, et notamment les cellules 21 cylindriques, ou sous forme de poches.
[047] Idéalement le module 4 est lui-même prismatique mais ce n’est pas obligatoire. La face d’appui 5 sera idéalement plane mais ce n’est pas obligatoire non plus, elle peut être de frome quelconque. Mais si l’on souhaite un échange thermique supplémentaire au moyen de refroidissement 131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24, en diffusant la chaleur émise par le module 4 au travers du plancher 1 , il sera avantageux que cette face d’appui épouse la surface inférieure 2i de la tôle 2. En effet, il est avantageux d’insérer une pâte thermique entre la face d’appui 5 et la face inférieure 2i, et pour minimiser la quantité utilisée de cette pâte il est avantageux que la face inférieur 2i soit en correspondance de forme avec la face d’appui 5.
[048] Le moyen de fixation 6, 7 fixant le module 4 de batterie au plancher 1 comprend par exemple une vis (représentée par un trait d’axe 6) traversant un trou du module 4, et dont l’extrémité filetée coopère avec un écrou 7 soudé directement ou indirectement sous le plancher 1 comme illustré sur les figures 1. Cet écrou 7 est par exemple soudé sur la surface inférieure 2i ou sur une poutre 8.
[049] Mais d’autres moyens de fixation 6, 7 sont possibles en substitution ou en complément. Par exemple on pourra insérer la pâte thermo-conductrice ou un élément déformable thermoconducteur entre la face inférieure 2i et la face d’appui 5 et ayant une fonction de collage. La vis sert alors par exemple de pré maintien du module 4 le temps que la pâte se polymérise ou se réticulise et forme une colle, voire la vis n’est pas nécessaire si à la mise en place du module 4 il est maintenu en place par un moyen de montage le temps que la colle (ou pâte) de polymérise.
[050] Ce plancher 1 comprend par exemple la poutre 8 fixée, au moins sur une partie de sa longueur, directement sur la face inférieure 2i.
[051] Cette poutre 8 est par exemple un profilé en tôle d’acier emboutie ayant une section en « V » ou en « II », cette section étant fermée par la face inférieure 2i de la tôle 2. En particulier cette poutre 8 est soudée par points de soudure électrique simples ou doubles sur la face inférieure 2i, mais d’autres moyens de fixation sont envisageables comme des soudures par apport de métal, des rivetages, vissage, collage.
[052] Cette structure comprend par exemple un longeron 9, selon l’axe X, fixé directement sur la face inférieure 2i et formant avec la poutre 8 et la tôle 2 une alvéole ou espace interne logeant le module 4 de batterie.
[053] Ce longeron 9, comme la poutre 8, sera par exemple fixée par soudage par points électrique. Comme pour la poutre 8, ce longeron 9 est par exemple une tôle d’acier emboutie. Ce longeron est, de façon connue, situé à proximité du bas de caisse, selon l’axe X et sur un côté de la caisse, et assure la rigidité longitudinale de la structure.
[054] Cette poutre 8 est par exemple une traverse transversale au longeron 9 et fixée à une de ses extrémités directement au longeron 9, par exemple par soudage.
[055] Ces poutres 8 participent directement aux renforcement de la structure puisqu’elles sont directement liées aux longerons 9 et au plancher 1.
[056] Cette structure comprend une plaque de carénage 10 distante du moyen de refroidissement 131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24 et recouvrant le moyen de refroidissement 131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24 et une face 11 du module, cette face 11 étant opposée à la face d’appui 5, cette plaque de carénage 10 étant fixée directement ou indirectement au plancher 1 de façon étanche, et fait office de fond du bac.
[057] On comprendra par plaque de carénage 10, dans tout le texte de ce document, une plaque ou paroi agencée de sorte à :
- faciliter l’écoulement d’un flux d’air provoqué par la vitesse du véhicule en marche, en évitant des pertes de charge aérodynamiques dues au franchissement d’obstacles à son écoulement, ces obstacles étant des éléments du véhicule, notamment des organes de batterie, moteur, structure de caisse, transmission, train roulant, et - protéger ces éléments du véhicule contre des projectiles de la route, par exemple des projections d’eau.
[058] Cette étanchéité se comprend, dans tout le texte de ce document, comme étant une étanchéité de l’espace interne compris entre le plancher 1 et la plaque de carénage 10 vis-à-vis des agressions extérieures au module 4, par exemple des projections d’eau ou de boue, mais aussi vis-à-vis de gaz toxiques, gaz chauds, pouvant être émis par le module 4 ou l’une de ses cellules 21 , tant que ce gaz ne dépasse pas une pression seuil prédéterminée et/ou une température seuil prédéterminée. L’espace interne est donc hermétique.
[059] La distance entre la plaque de carénage 10 et le moyen de refroidissement 131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24 permet à la plaque de carénage 10 de se déformer en cas de choc, sans venir impacter le moyen de refroidissement 131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24 et/ou le module 4.
[060] On notera que cette plaque de carénage 10, le plancher 1 et la tôle 2, la poutre 8, le longeron 9, forment un exemple de bac 1 , 2, 8, 9, 10 de batterie selon l’invention, aussi dénommé carter 1 , 2, 8, 9, 10 de batterie. Comme décrit précédemment, un autre exemple de bac plus connu de l’homme du métier comprend un réceptacle logeant les modules 4, ce réceptacle étant fermé par un couvercle, ce bac étant alors rapporté et vissé sur une structure du véhicule.
[061] Toujours en référence à la figure 1 , cette plaque de carénage 10 est, par exemple, fixée directement sur une face inférieure de la poutre 8, ce qui permet des points de fixation en partie centrale de la plaque de carénage 10.
[062] Alternativement ou en combinaison, cette plaque de carénage 10 est fixée directement sur une face inférieure 9i du longeron 9.
[063] Cette structure comprend par exemple deux longerons 9 parallèles, la poutre 8, la tôle 2 et la plaque de carénage 10, cet ensemble délimitant l’espace interne étanche logeant le module 4 et le moyen de refroidissement 131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24.
[064] La figure 2 illustre en particulier ce moyen de refroidissement 131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24. Ce moyen comprend par exemple une première paroi 23 et une deuxième paroi 24 définissant entre-elles une première chambre 22 de circulation d’un fluide caloporteur, la première paroi 23 étant plaquée contre le module 4.
[065] Cette première chambre 22 fait par exemple partie d’un circuit de refroidissement du module 4. Ce circuit comprend en outre une pompe de circulation, un échangeur, éventuellement un réchauffeur, et un vase d’expansion lorsque ce fluide est par exemple sous forme liquide, ainsi qu’une conduite de circulation du fluide reliant en boucle fermée l’ensemble des éléments précités. Cette circulation du fluide, par exemple de l’eau glycolée, se fait par l’actionnement de la pompe de circulation.
[066] Les deux parois 23, 24 sont par exemple deux tôles soudées l’une à l’autre, ou collées. La première tôle 23 est par exemple plane et plaquée sur le module 4, et la seconde 24 est emboutie avec une forme de façon à constituer un canal (la première chambre 22) parcouru par le fluide caloporteur et décrivant un serpentin.
[067] Avantageusement ce serpentin sera uniformément réparti sur toute la face du module opposée 11 .
[068] La première tôle 23 comprend par exemple un trou traversé par une vis fixant le moyen de refroidissement 131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24 sur le module 4. Mais d’autres moyens de fixation sont possibles en substitution ou en complément. Par exemple on pourra insérer une pâte 28 thermo-conductrice ou un élément déformable thermoconducteur entre le moyen de refroidissement 131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24, et la face opposée 11 du module 4, cette pâte 28 ou élément déformable comprenant et/ou étant constitué d’une colle par exemple de type polyuréthane, mais d’autres type de colle sont envisageables. La vis sert alors par exemple de pré maintien du moyen de refroidissement 131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24 sur le module 4, le temps que la colle se polymérise ou se réticulise, voire la vis n’est pas nécessaire si à la mise en place de cette plaque, elle est maintenue en place par un moyen de montage le temps que la colle de polymérise, comme pour le moyen de fixation 6, 7 fixant le module 4 de batterie au plancher 1 .
[069] L’invention porte plus précisément sur un système de batterie de stockage d’énergie électrique comprenant :
- l’élément de batterie électrochimique 4, 21 ,
- un système de sécurité de dégazage 25 propre à libérer un gaz généré par un emballement thermique de l’élément de batterie électrochimique 4, 21 ,
- le moyen de refroidissement 131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24 de l’élément de batterie électrochimique 4, 21 , présentant une face 111 en contact thermique avec l’élément de batterie électrochimique 4, 21 et notamment la face opposée 11 , et comprenant la première chambre interne 22 propre à être parcourue par un fluide caloporteur pour refroidir l’élément de batterie électrochimique 4, 21 , et une deuxième chambre interne 222 fluidiquement raccordée au système de sécurité de dégazage 25 et propre à être parcourue par le gaz généré, la face 111 étant séparée de la deuxième chambre 222 par la première chambre 22 , de sorte que le fluide caloporteur soit apte en outre à refroidir le gaz généré dans la deuxième chambre 222 .
[070] On notera que la face 111 du moyen de refroidissement est donc contre la face opposée 11 de l’élément de batterie électrochimique 4, 21 , qui dans cet exemple de la figure 1 est le module de batterie 4. La figure 2 montre des exemples avec des cellules de batterie 21 dont la face opposée 11 est directement en contact avec la face 111 du moyen de refroidissement, même si une enveloppe est schématisée pour matérialiser le module 4 regroupant ces cellules 21 . La figure 3 montre un autre exemple avec le module 4 enfermant trois cellules 21 , la face 111 du moyen de refroidissement étant directement contre la face opposée 11 du module 4.
[071] La deuxième chambre 222 loge le système de sécurité de dégazage 25.
[072] Ce système de de sécurité de dégazage 25 n’est représenté que sur les figures 2 et 3. Chacune de ces deux figures divulgue plusieurs variantes de positionnement du système de de sécurité de dégazage 25, et notamment dans la deuxième chambre 222 à gauche des figures 2 et 3. La deuxième chambre 222 peut loger le système de de sécurité de dégazage 25 à proximité des cellules 21 ou du module 4 (non représenté), ou de façon plus éloignée (par rapport au sens d’évacuation du gaz généré) tel que sur les figures 2 et 3.
[073] Une variante, sur chacune des figures 2 et 3, illustre l’élément de batterie électrochimique 4, 21 logeant le système de sécurité de dégazage 25. La figure 2 illustre une cellule 21 (la cellule centrale, et la cellule à droite de sur la figure) logeant le système de sécurité de dégazage 25, un moyen de communication fluidique 19 entre le système de sécurité de dégazage 25 et la deuxième chambre 222 étant agencé de sorte que le gaz généré s’échappe au travers une première partie 131 du moyen de refroidissement, sans mettre en commun le fluide caloporteur et le gaz généré. Sur la figure 3 c’est une paroi du module 4 qui loge le système de sécurité de dégazage 25, le moyen de communication fluidique 19 entre le système de sécurité de dégazage 25 et la deuxième chambre 222 contournant la première partie 131.
[074] Ce moyen de refroidissement 131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24 comprend par exemple la première partie 131 formant la première chambre 22 et une deuxième partie 132 formant la deuxième chambre 222, la deuxième partie 132 étant rapportée et fixée sur la première partie 131. [075] Ce moyen de refroidissement 131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24 comprend une pâte thermique 28 intercalée entre les deux parties 131 , 132, et qui peut être la même pâte thermique (thermo-conductrice) que celle intercalée entre le moyen de refroidissement 131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24, et élément de batterie électrochimique 4, 21 , par exemple par débordement.
[076] Cette pâte thermique 28 est représentée de façon originale en remplaçant les hachures habituelles par un ensemble de petits cercles, de sorte que la figure soit plus facilement lisible. Cette pâte 28 est par exemple de même composition que la pâte insérée entre le plancher 1 et le module 4, précédemment décrite.
[077] La première partie 131 est par exemple une plaque de refroidissement 131 , très bien adaptée pour le refroidissement de modules 4 prismatiques. Mais la forme de cette première partie 131 peut être très différente et s’adaptera à la forme de l’élément de batterie électrochimique 4, 21 : par exemple, la première partie 131 sera avantageusement de forme tubulaire pour des cellules cylindriques (non représentées), en entourant ces cellules cylindriques mais, même dans ce cas, la première partie 131 pourra également être une plaque pour refroidir les extrémités des cellules cylindriques.
[078] La deuxième partie 132 comprend par exemple une conduite 20 ou tube 20 en forme de serpentin, la deuxième chambre 222 étant le volume interne de cette conduite 20 ou tube 20.
[079] Ce tube 20 et est par exemple de section circulaire mais pas nécessairement. En particulier, la surface interne du tube 20 peut comprendre une ou plusieurs protubérances radiales augmentant la convection thermique entre le gaz et le tube 20, et/ou des ailettes augmentant la surface d’échange thermique du tube 20 avec le gaz.
[080] Le moyen de communication fluidique 19 est par exemple également de forme tubulaire. Par exemple une première de ses extrémités vient se piquer sur la deuxième chambre 222 en un ou plusieurs endroits différents. Il y aura par exemple autant de moyens de communication fluidique 19 que de systèmes de sécurité de dégazage 25.
[081] Une deuxième extrémité 26 du moyen de communication fluidique 19 est par exemple en contact thermique avec l’élément de batterie électrochimique 4, 21 , en vis-à-vis du système de sécurité de dégazage 25. Ce contact thermique est par exemple un contact direct, cette deuxième extrémité 26 étant précontrainte contre l’élément de batterie 4, 21 . Ce contact thermique est par exemple réalisé par continuité de matière avec l’élément de batterie 4, 21 . Ce contact thermique est par exemple réalisé par l’insertion de la pâte thermique 28 entre l’extrémité 26 et l’élément de batterie 4, 21.
[082] La première partie 131 est par exemple réalisée à partir d’un matériau différent de la deuxième partie 132.
[083] Le matériau de la deuxième partie 132 est par exemple thermiquement plus conducteur que le matériau de la première partie 131.
[084] Ce système de batterie comprend le bac 1 , 2, 8, 9, 10 délimitant un l’espace interne hermétique, cet espace interne logeant:
- l’élément de batterie électrochimique 4, 21 ,
- le système de sécurité de dégazage 25, et
- le moyen de refroidissement 131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24, ce moyen de refroidissement 131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24 comprenant un moyen de canalisation du gaz 200 en dehors de l’espace interne au travers d’une ouverture 31 du bac 1 , 2, 8, 9, 10, visible notamment sur la figure 4.
[085] Ce moyen de canalisation du gaz 200 en dehors de l’espace interne est par exemple une conduite tubulaire traversant l’ouverture 31 , par exemple en prolongation du tube 20. Plus généralement ce moyen de canalisation du gaz 200 est piqué sur la deuxième chambre 222. Avantageusement ce moyen de canalisation du gaz 200, ainsi que le moyen de communication fluidique 19, seront composés de la même matière que la deuxième partie 132, mais pas obligatoirement.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de batterie de stockage d’énergie électrique comprenant :
- un élément de batterie électrochimique (4, 21 ),
- un système de sécurité de dégazage (25) propre à libérer un gaz généré par un emballement thermique de l’élément de batterie électrochimique (4, 21 ),
- un moyen de refroidissement (131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24) de l’élément de batterie électrochimique (4, 21 ), présentant une face (111 ) en contact thermique avec l’élément de batterie électrochimique (4, 21 ), et comprenant une première chambre interne (22) propre à être parcourue par un fluide caloporteur pour refroidir l’élément de batterie électrochimique (4, 21 ), caractérisé en ce que le moyen de refroidissement (131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24) comprend une deuxième chambre interne (222) fluidiquement raccordée au système de sécurité de dégazage (25) et propre à être parcourue par le gaz généré, la face (111 ) étant séparée de la deuxième chambre (222) par la première chambre (22), de sorte que le fluide caloporteur soit apte en outre à refroidir le gaz généré dans la deuxième chambre (222).
2. Système de batterie selon la revendication 1 , la deuxième chambre (222) logeant le système de sécurité de dégazage (25).
3. Système de batterie selon la revendication 1 , l’élément de batterie électrochimique (4, 21 ) logeant le système de sécurité de dégazage (25).
4. Système de batterie selon l’une des revendications précédentes, le moyen de refroidissement (131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24) comprenant une première partie (131 ) formant la première chambre (22) et une deuxième partie (132) formant la deuxième chambre (222), la deuxième partie (132) étant rapportée et fixée sur la première partie (131 ).
5. Système de batterie selon la revendication 4, le moyen de refroidissement (131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24) comprenant une pâte thermique (28) intercalée entre les deux parties (131 , 132).
6. Système de batterie selon la revendication 4 ou 5, la première partie (131 ) étant une plaque de refroidissement (131 ).
7. Système de batterie selon l’une des revendications 4 à 6, la deuxième partie (132) comprenant une conduite (20) en forme de serpentin, la deuxième chambre (222) étant le volume interne de cette conduite (20).
8. Système de batterie selon l’une des revendications 4 à 7, la première partie (131 ) étant réalisée à partir d’un matériau différent de la deuxième partie (132).
9. Système de batterie selon la revendication 8, le matériau de la deuxième partie (132) étant thermiquement plus conducteur que le matériau de la première partie (131 ).
10. Système de batterie selon l’une des revendications précédentes comprenant en outre un bac (1 , 2, 8, 9, 10) délimitant un espace interne hermétique, cet espace interne logeant :
- l’élément de batterie électrochimique (4, 21),
- le système de sécurité de dégazage (25), et
- le moyen de refroidissement (131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24), ce moyen de refroidissement (131 , 132, 222, 20, 22, 23, 24) comprenant un moyen de canalisation du gaz (200) en dehors de l’espace interne au travers d’une ouverture (31 ) du bac (1 , 2, 8, 9, 10).
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2109834A5 (fr) 1970-10-26 1972-05-26 Bosch
JP2013030384A (ja) * 2011-07-29 2013-02-07 Panasonic Corp 電池ブロックおよび電池パック
US20180351219A1 (en) * 2017-05-31 2018-12-06 NextEv USA, Inc. Battery cell cooling plate with cell vents
US20190229384A1 (en) * 2018-01-19 2019-07-25 Hanon Systems Battery cooling plate with integrated air vents
EP3958378A1 (fr) * 2020-07-10 2022-02-23 Contemporary Amperex Technology Co., Limited Batterie, dispositif électrique, et procédé et dispositif de préparation de batterie

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2109834A5 (fr) 1970-10-26 1972-05-26 Bosch
JP2013030384A (ja) * 2011-07-29 2013-02-07 Panasonic Corp 電池ブロックおよび電池パック
US20180351219A1 (en) * 2017-05-31 2018-12-06 NextEv USA, Inc. Battery cell cooling plate with cell vents
US20190229384A1 (en) * 2018-01-19 2019-07-25 Hanon Systems Battery cooling plate with integrated air vents
EP3958378A1 (fr) * 2020-07-10 2022-02-23 Contemporary Amperex Technology Co., Limited Batterie, dispositif électrique, et procédé et dispositif de préparation de batterie

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