FR3077431A1 - Module d'accumulateurs electriques et batterie comprenant plusieurs modules - Google Patents

Module d'accumulateurs electriques et batterie comprenant plusieurs modules Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un module (10) pour batterie comprenant des accumulateurs (20), un premier flasque (22C) comprenant des premières ouvertures traversantes, les accumulateurs étant fixés sans collage dans les premières ouvertures, des premières plaques conductrices électriquement (24C), chaque première plaque étant connectée aux accumulateurs d'un premier ensemble d'accumulateurs, un deuxième flasque (22D) comprenant des deuxièmes ouvertures traversantes, les accumulateurs étant fixés sans collage dans les deuxièmes ouvertures, des deuxièmes plaques conductrices électriquement, chaque deuxième plaque étant connectée aux accumulateurs d'un deuxième ensemble d'accumulateurs et un boîtier (12) délimitant, avec les premier et deuxième flasques, des première, deuxième et troisième chambres contenant un liquide diélectrique, le premier flasque comprenant des premiers passages (38C) pour le liquide diélectrique entre les première et deuxième chambres et le deuxième flasque comprenant des deuxièmes passages (38D) pour le liquide diélectrique entre les deuxième et troisième chambres.

Description

MODULE D'ACCUMULATEURS ELECTRIQUES ET BATTERIE COMPRENANT PLUSIEURS MODULES
Domaine
La présente invention concerne de façon générale les batteries d'éléments de stockage d'énergie, également appelés accumulateurs, connectés en série et/ou en parallèle.
Exposé de l'art antérieur
Une batterie comprend un ou plusieurs modules de batterie connectés entre eux. Chaque module de batterie comprend un assemblage d'accumulateurs électriques connectés entre eux par des éléments de connexion électrique.
La batterie peut comprendre un système de conditionnement thermique des accumulateurs électriques qui permet de refroidir ou de réchauffer les accumulateurs électriques afin d'améliorer les performances et la durée de vie de la batterie. Il existe des systèmes de conditionnement thermique par air, par eau ou eau glycolée, ou par liquide diélectrique.
Un inconvénient d'un système de conditionnement thermique par air est la faible performance de refroidissement. Un inconvénient d'un système de conditionnement thermique par eau est que l'eau et l'eau glycolée présentent une faible tenue diélectrique. Le liquide de refroidissement doit alors être séparé physiquement de tous les conducteurs électriques de la batterie.
B16354 - DD18215 ST
La structure de la batterie peut alors être complexe et la performance de refroidissement peut ne pas être suffisante. En outre, en cas de choc, une fuite d'eau au sein de la batterie peut générer une fuite de courant, voire un court-circuit.
Un système de conditionnement thermique par liquide diélectrique présente l'avantage que le liquide de refroidissement peut être directement au contact des conducteurs électriques et des accumulateurs. La demande de brevet US 2017/0005384 décrit une batterie comportant un système de conditionnement thermique pouvant utiliser un liquide diélectrique. Un inconvénient de la batterie décrite dans la demande de brevet US 2017/0005384 est qu'elle a une structure complexe. En outre, le procédé de fabrication de la batterie peut comprendre des étapes de collage des accumulateurs électriques, ce qui peut rendre difficiles les opérations de démontage et/ou de maintenance.
Résumé
Ainsi, un objet d'un mode de réalisation est de pallier au moins en partie les inconvénients des batteries décrites précédemment.
Un mode de réalisation vise une batterie comprenant un système de conditionnement thermique des accumulateurs électriques utilisant un liquide diélectrique.
Un mode de réalisation vise un e batterie ayant une
structure simple.
Un mode de réalisation vise un procédé d'assemblage
d'une batterie qui ne comprend pas d'étape de collage.
Un mode de réalisation vise une batterie adaptée aux
accumulateurs lithium-ion.
Un mode de réalisation vise une batterie pour laquelle les opérations de démontage et/ou de maintenance sont simples.
Un mode de réalisation prévoit un module pour batterie comprenant :
des accumulateurs, chaque accumulateur ayant des première et deuxième extrémités et une portion intermédiaire reliant les première et deuxième extrémités ;
B16354 - DD18215 ST un premier flasque comprenant des premières ouvertures traversantes, les premières extrémités des accumulateurs étant fixées sans collage dans les premières ouvertures ;
des premières plaques conductrices électriquement, chaque première plaque étant connectée aux premières extrémités des accumulateurs d'un premier ensemble d'accumulateurs parmi des premiers ensembles d'accumulateurs ;
un deuxième flasque comprenant des deuxièmes ouvertures traversantes, les deuxièmes extrémités des accumulateurs étant fixées sans collage dans les deuxièmes ouvertures ;
des deuxièmes plaques conductrices électriquement, chaque deuxième plaque étant connectée aux deuxièmes extrémités des accumulateurs d'un deuxième ensemble d'accumulateurs parmi des deuxièmes ensembles d'accumulateurs ; et un boîtier contenant les accumulateurs, les premier et deuxième flasques et les premières et deuxièmes plaques et délimitant, avec les premier et deuxième flasques, des première, deuxième et troisième chambres destinées à contenir un liquide diélectrique, le premier flasque séparant les première et deuxième chambres et le deuxième flasque séparant les deuxième et troisième chambres, le premier flasque comprenant des premiers passages pour le liquide diélectrique entre les première et deuxième chambres et le deuxième flasque comprenant des deuxièmes passages pour le liquide diélectrique entre les deuxième et troisième chambres.
Selon un mode de réalisation, chaque première plaque comprend des premiers trous, chaque premier trou étant en vis-àvis de l'un des premiers passages, et chaque deuxième plaque comprend des deuxièmes trous, chaque deuxième trou étant en visà-vis de l'un des deuxièmes passages.
Selon un mode de réalisation, le premier flasque comprend des ergots se projetant dans la première chambre, les premiers trous étant traversés par lesdits ergots.
Selon un mode de réalisation, le premier flasque comprend des troisièmes ouvertures, distinctes des premières ouvertures, pour le passage du liquide de refroidissement entre
B16354 - DD18215 ST les première et deuxième chambres et le deuxième flasque comprend des quatrièmes ouvertures, distinctes des deuxièmes ouvertures, pour le passage du liquide de refroidissement entre les deuxième et troisième chambres.
Selon un mode de réalisation, chaque première plaque et chaque deuxième plaque comprend un empilement d'au moins des première et deuxième couches conductrices électriquement en des matériaux différents, la première couche étant au contact mécanique avec au moins deux des accumulateurs et la deuxième couche étant ouverte en vis-à-vis desdits au moins deux accumulateurs.
Selon un mode de réalisation, le boîtier comprend des premier et deuxième panneaux latéraux et une pièce centrale tubulaire interposée entre les premier et deuxième panneaux latéraux et chaque premier et deuxième panneau latéral comprend une face orientée vers l'intérieur du module, une conduite traversante débouchant à chaque extrémité hors du module et un orifice communiquant avec la conduite et débouchant sur ladite face, l'orifice du premier panneau latéral débouchant dans la première chambre et l'orifice du deuxième panneau latéral débouchant dans la deuxième chambre.
Un mode de réalisation prévoit également une batterie comprenant un empilement de plusieurs modules tels que définis précédemment.
Selon un mode de réalisation, la batterie comprend un système de mise en compression des modules de l'empilement.
Selon un mode de réalisation, chaque premier et deuxième panneau latéral comprend au moins une cinquième ouverture traversante, les cinquièmes ouvertures traversantes des modules de l'empilement étant dans le prolongement les unes des autres, le système de mise en compression comprenant au moins une tige traversant les cinquièmes ouvertures des modules.
Un mode de réalisation prévoit également un procédé de fabrication d'un module pour batterie comprenant les étapes suivantes :
B16354 - DD18215 ST monter des accumulateurs, chaque accumulateur ayant des première et deuxième extrémités et une portion intermédiaire reliant les première et deuxième extrémités, sur un premier flasque comprenant des premières ouvertures traversantes, les premières extrémités des accumulateurs étant fixées sans collage dans les premières ouvertures ;
monter les accumulateurs sur un deuxième flasque comprenant des deuxièmes ouvertures traversantes, les deuxièmes extrémités des accumulateurs étant fixées sans collage dans les deuxièmes ouvertures ;
fixer des premières plaques conductrices électriquement aux accumulateurs, chaque première plaque de connexion étant connectée aux premières extrémités des accumulateurs d'un premier ensemble d'accumulateurs parmi des premiers ensembles d'accumulateurs ;
fixer des deuxièmes plaques de connexion conductrices électriquement au accumulateur, chaque deuxième plaque de connexion étant connectée aux deuxièmes extrémités des accumulateurs d'un deuxième ensemble d'accumulateurs parmi des deuxièmes ensembles d'accumulateurs ; et disposer les accumulateurs, les premier et deuxième flasques et les premières et deuxièmes plaques dans un boîtier délimitant, avec les premier et deuxième flasques, des première, deuxième et troisième chambres destiné à contenir un liquide diélectrique, le premier flasque séparant les première et deuxième chambres et le deuxième flasque séparant les deuxième et troisième chambre, le premier flasque comprenant des premiers passages pour le liquide diélectrique entre les première et deuxième chambres, le deuxième flasque comprenant des deuxièmes passages pour le liquide diélectrique entre les deuxième et troisième chambres. Brève description des dessins
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
B16354 - DD18215 ST les figures 1 à 3 sont respectivement une vue en perspective, une vue en coupe et une vue éclatée en perspective, partielles et schématiques, d'un mode de réalisation d'un module d'accumulateurs électriques ;
la figure 4 est une vue en perspective, partielle et schématique, d'une partie du module d'accumulateurs électriques représenté en figure 1 ;
les figures 5 et 6 sont respectivement une vue en perspective et une vue éclatée en perspective, partielles et schématiques, d'un mode de réalisation d'une batterie ;
la figure 7 est une vue en perspective, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'un module d'accumulateurs électriques ;
les figures 8 et 9 sont respectivement une vue en perspective et une vue de dessus, partielles et schématiques, d'un flasque du module représenté en figure 7 ; et la figure 10 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'un module d'accumulateurs électriques.
Description détaillée
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures. Par souci de clarté, seuls les éléments qui sont utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En outre, les figures ne sont pas tracées à l'échelle.
Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue ou relative, tels que le terme supérieur, inférieur, latéral ou dessus il est fait référence à l'orientation des figures ou à une batterie dans une position normale d'utilisation. Sauf précision contraire, les expressions environ, approximativement, sensiblement et de l'ordre de signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
Les figures 1 à 3 sont respectivement une vue en perspective, une vue en coupe et une vue éclatée en perspective d'un mode de réalisation d'un module d'accumulateurs électriques
B16354 - DD18215 ST et la figure 4 est une vue en perspective d'une partie du module 10 représenté en figure 1. On appelle (Ox, Oy, Oz) un repère orthogonal. La figure 2 comprend deux vues en coupe dans deux demi-plans différents parallèles au plan Oxz.
Le module 10 comprend un boîtier 12 formé par une pièce centrale 14 et deux panneaux latéraux 16A et 16B, la figure 4 représentant le panneau latéral 16B. La pièce centrale 14 a une forme générale tubulaire s'étendant selon la direction Ox et a de préférence une section droite sensiblement constante selon la direction Ox. La pièce centrale 14 peut être réalisée en aluminium, par exemple par extrusion. La pièce centrale 14 est fermée à deux extrémités opposées par les panneaux latéraux 16A, 16B. Dans la suite de la description, pour désigner des éléments de formes et/ou de fonctions similaires des panneaux 16A et 16B, on utilise comme référence le même chiffre suivi du suffixe A pour désigner l'élément du panneau latéral 16A et suivi du suffixe B pour désigner l'élément du panneau latéral 16B. Les panneaux latéraux 16A, 16B peuvent être fixés à la pièce centrale 14 par des vis 18. Selon un mode de réalisation, le boîtier 12 est inscrit dans un parallélépipède rectangle dont la dimension selon la direction Ox est comprise entre 200 mm et 400 mm, par exemple environ 300 mm, dont la dimension selon la direction Oy est comprise entre 140 mm et 250 mm, par exemple environ 200 mm, et dont la dimension selon la direction Oz est comprise entre 70 mm et 110 mm, par exemple environ 90 mm. La pièce centrale 14 peut comprendre des protubérances, non représentées sur la figure 3, s'étendant selon la direction Ox et se projetant dans le volume interne de la pièce centrale 14.
Certains éléments du module 10 sont symétriques par rapport à un plan de symétrie parallèle au plan Oxy. Dans la suite de la description, pour désigner des éléments du module 10 au moins en partie symétriques par rapport à ce plan de symétrie, on utilise comme référence le même chiffre suivi du suffixe C pour désigner l'élément situé d'un côté du plan de symétrie et suivi
B16354 - DD18215 ST du suffixe D pour désigner l'élément situé de l'autre côté du plan de symétrie.
Le module 10 contient dans le boîtier 12 :
des accumulateurs électriques 20 ;
un flasque supérieur 22C et un flasque inférieur 22D de maintien des accumulateurs 20 ; et des plaques de connexion supérieures 24C reposant sur le flasque supérieur 22C et reliant électriquement les accumulateurs 20 et des plaques de connexion inférieures 24D reposant sur le flasque inférieur 22D et reliant électriquement les accumulateurs 20.
Le module 10 peut comprendre de 2 à 500 accumulateurs 20. Comme cela apparaît en figure 2, chaque accumulateur 20 comprend des première et deuxième extrémités 2 6C, 2 6D et une portion intermédiaire 28 s'étendant entre les deux extrémités 26C, 2 6D. Les accumulateurs 20 ont, par exemple, une forme générale cylindrique, notamment à base circulaire, ou une forme prismatique d'axe Oz. Les accumulateurs 20 sont, par exemple, des accumulateurs lithium-ion, notamment des accumulateurs lithiumion du type accumulateur lithium fer phosphate, ou accumulateur LFP, des accumulateurs lithium-ion du type Nickel Manganèse Cobalt, ou accumulateur NMC, des accumulateurs lithium-ion du type lithium nickel cobalt oxyde d'aluminium, ou accumulateurs NCA, des accumulateurs lithium-ion du type lithium oxyde de manganèse, ou accumulateur LMO. La longueur des accumulateurs 20 selon l'axe Oz peut varier de 30 mm à 110 mm, par exemple environ 65 mm. Dans le cas d'accumulateurs 20 cylindriques à base circulaire, le diamètre de chaque accumulateur 20 peut être compris entre 10 mm et 27 mm, par exemple environ 18 mm. Chaque accumulateur 20 comprend, en outre, des première et deuxième bornes électriques 30C, 30D. Pour chaque accumulateur 20, la première borne 30C est de préférence située sur la première extrémité 26C et la deuxième borne 30D est de préférence située sur la deuxième extrémité 26D.
La dimension de chaque flasque 22C, 22D selon la direction Ox est sensiblement égale à la dimension de la pièce
B16354 - DD18215 ST centrale 14 selon la direction Ox. La dimension de chaque flasque 22C, 22D selon la direction Oy est sensiblement égale à la dimension maximale selon la direction Oy du volume interne de la pièce centrale 14. Chaque flasque 22C, 22D peut comprendre des rainures, non représentées sur les figures, dans lesquelles sont logées les protubérances de la pièce centrale 14. Les flasques 22C, 22D peuvent être réalisées en toute matière isolante électrique et présentant une bonne tenue mécanique comme par exemple du polyoxyméthylène (POM), du polyamide (PA, notamment le PA66), du polyétheréthercétone (PEEK) mais aussi des matières à base de bois.
Chaque flasque 22C, 22D comprend des ouvertures traversantes 32C, 32D, visibles en figure 2, dans lesquelles sont logées les extrémités 26C, 26D des accumulateurs 20. Plus précisément, pour chaque accumulateur 20, l'extrémité 26C de l'accumulateur 20 est logée dans l'une des ouvertures 32C du flasque supérieur 22C et l'extrémité 26D de l'accumulateur 20 est logée dans l'une des ouvertures 32D du flasque inférieur 22D. Selon un mode de réalisation, les ouvertures 32D sont orientées selon la direction Oz et ont une forme complémentaire de celle des extrémités 26C, 26D des accumulateurs 20. Selon la connexion souhaitée des accumulateurs 20, pour chaque accumulateur 20, la borne positive de l'accumulateur 20 peut être située au niveau du flasque supérieur 22C ou du flasque inférieur 22D. Les accumulateurs 20 peuvent être disposés en quinconce. La distance entre les axes de deux accumulateurs adjacents peut être comprise entre 18,5 mm et 22 mm, par exemple environ 20 mm. L'écart minimum entre deux accumulateurs 20 adjacents peut être compris entre 0,5 mm et 4 mm, par exemple environ 2 mm.
Selon un mode de réalisation, chaque accumulateur 20 est monté serré dans les ouvertures 32C, 32D associées. De préférence, il n'y a pas de colle utilisée pour la fixation des accumulateurs 20 aux flasques 22C, 22D.
Le flasque supérieur 22C délimite une chambre supérieure 34C avec la pièce centrale 14 du boîtier 12. Le flasque inférieur
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22D délimite une chambre inférieure 34D avec la pièce centrale 14. Les flasques 22C, 22D délimitent entre eux une chambre intermédiaire 36. Les chambres 34C, 34D et 36 sont visibles en figure 2.
Chaque plaque de connexion 24C, 24D relie les bornes positives ou négatives d'un premier ensemble d'accumulateurs 20 avec les bornes négatives ou positives d'un deuxième ensemble d'accumulateurs 20. L'ensemble des accumulateurs 20 et des plaques de connexion 24C, 24D forment un circuit électrique dans lequel les accumulateurs 20 sont connectés en série et/ou en parallèle entre des premier et deuxième noeuds d'accès, chaque noeud d'accès correspondant à l'une des plaques de connexion 24C ou 24D. Les orientations des accumulateurs 20 et la disposition et les dimensions des plaques de connexion 24C, 24D permettent d'obtenir la connexion série/parallèle souhaitée des accumulateurs 20. Selon un mode de réalisation, le nombre d'accumulateurs 20 connectés à chaque plaque de connexion 24C, 24D varie de 2 à 500 accumulateurs 20. Selon un mode de réalisation, chaque plaque de connexion 24C, 24D est connectée à la borne positive de 1 à 500 accumulateurs 20 et à la borne négative de 1 à 500 accumulateurs 20. Deux plaques de connexion 24C ou 24D adjacentes sont espacées d'une distance qui dépend notamment de la tension fournie par le module 10, par exemple de préférence d'au moins deux millimètres pour une tension fournie par le module de 60 V et de préférence d'au moins 6 mm pour une tension fournie par le module de 400 V.
Chaque flasque 22C, 22D comprend des ouvertures traversantes supplémentaires 38C, 38D orientées selon la direction Oz. Selon un mode de réalisation, chaque ouverture traversante supplémentaire 38C, 38D est cylindrique, d'axe Oz, à base circulaire. Le diamètre de chaque ouverture traversante supplémentaire 38C, 38D est compris entre 0,5 mm et 5 mm.
Les plaques de connexion 24C, 24D comprennent des trous traversants 39C, 39D qui prolongent les ouvertures supplémentaires 38C, 38D. La chambre intermédiaire 36 communique avec la chambre supérieure 34C seulement par l'intermédiaire des trous 38C et 39C
B16354 - DD18215 ST et la chambre intermédiaire 36 communique avec la chambre inférieure 34D seulement par l'intermédiaire des ouvertures 38D et 39D. Selon un mode de réalisation, chaque trou traversant 39C, 39D est cylindrique, d'axe Oz, à base circulaire. Le diamètre de chaque trou traversant 39C, 39D peut être sensiblement égale à celui des ouvertures traversantes supplémentaires 38C, 38D. Les plaques de connexion 24C, 24D peuvent être découpées dans une même plaque.
Selon un mode de réalisation, les deux panneaux latéraux 16A, 16B ont des structures au moins en partie symétriques, notamment en ce qui concerne la circulation du liquide de refroidissement. Selon un mode de réalisation, chaque panneau 16A, 16B est inscrit dans un parallélépipède rectangle et comprend deux faces principales opposées 40A, 40B, 41A, 41B et des bords reliant les faces principales, dont un bord supérieur 42A, 42B et un bord inférieur 43A, 43B, opposé au bord supérieur 42A, 42B. La face principale 4OA est orientée vers l'intérieur du module 10. Les panneaux latéraux 16A, 16B peuvent être réalisés en tout type de matière présentant une tenue mécanique suffisante (résistance à une pression interne du module et des collecteurs d'huile de 10·5 Pa (1 bar) par exemple et compatible avec le fluide diélectrique utilisé (par exemple du POM, du PA66 ou du PEEK) . Une utilisation d'une matière conductrice électriquement (aluminium injecté par exemple) est possible si une précaution particulière est prise pour isoler électriquement les chemins de puissance électrique des panneaux latéraux.
Selon un mode de réalisation, chaque panneau latéral 16A, 16B comprend une conduite traversante 44A, 44B, par exemple une conduite cylindrique à base circulaire, qui s'étend selon la direction Oz et débouche sur le bord supérieur 42A, 42B et sur le bord inférieur 43A, 43B. La conduite 44A, 44B communique avec un orifice allongé 45A, 45B qui débouche sur la face 40A, 40B vers l'intérieur du boîtier 12. La forme allongée de l'orifice 45A, 45B permet d'obtenir une distribution plus homogène du liquide de refroidissement dans les chambres 34C, 34D. A titre de variante,
B16354 - DD18215 ST l'orifice allongé 45A, 45B peut être remplacé par un orifice ponctuel. L'orifice allongé 45A, 45B s'étend par exemple selon la direction Oy. Les panneaux latéraux 16A, 16B sont agencés dans le module 10 de façon que l'orifice allongé 45A du panneau latéral 16A débouche dans la chambre supérieure 34C et que l'orifice allongé 45B du panneau latéral 16B débouche dans la chambre inférieure 34D. Selon un mode de réalisation, chaque panneau 16A, 16B comprend un embout 52A, 52B qui prolonge la conduite 44A, 44B à l'extrémité située du côté du bord inférieur 43A, 43B. A titre de variante, les embouts 52A, 52B ne sont pas présents et sont remplacés par des joints toriques. Comme cela apparaît sur les figures 2 et 4, chaque panneau latéral 16A, 16B comprend un rebord 46A, 46B qui s'étend sur la face 4OA, 40B vers l'intérieur du module 10 et qui s'emboîte dans la pièce centrale 14. Chaque panneau latéral 16A, 16B comprend un joint d'étanchéité, non représenté en figure 2, sur la face 4 0A, 40B, seul le joint d'étanchéité 48B étant visible en figure 4. Les rebords 46A, 46B et les joints d'étanchéité 48B assurent l'obtention d'une liaison étanche entre les panneaux latéraux 16A, 16B et la pièce centrale 14.
En fonctionnement, un liquide de refroidissement diélectrique est destiné à circuler dans le module 10. Le liquide de refroidissement diélectrique peut être choisi dans le groupe comprenant une huile synthétique et une huile poly-alpha-oléfine, un ester naturel ou synthétique, une huile minérale de transformateur électrique ou tout autre fluide avec une rigidité diélectrique permettant d'isoler les cellules entre elles en toute circonstance d'utilisation du système. A titre d'exemple non limitatif, le liquide diélectrique de refroidissement est choisi dans le groupe comprenant le perfluorohexane, le perfluorométhylcyclohexane, diméthylcyclohexane, le le perfluoro-1,3perfluorodécaline, le perfluorométhyldécaline, le trichlorofluorométhane, le trichlorotrifluoroéthane, le méthanol et l'éthanol. Comme cela est représenté en figure 2, le liquide de refroidissement pénètre
B16354 - DD18215 ST dans le module 10 par la conduite 44A (flèche A) . Le liquide de refroidissement se divise alors en une partie qui poursuit son chemin dans la conduite 44A (flèche B) jusqu'à sortir du module 10 (flèche C) et une partie qui pénètre dans la chambre supérieure 34C par l'orifice allongé 45A (flèche D) . Depuis la chambre supérieure 34C, le liquide de refroidissement pénètre alors dans la chambre intermédiaire 36 aux travers des ouvertures 38C et des trous 39C. Le liquide de refroidissement circule alors dans la chambre intermédiaire 36 au contact des accumulateurs 20 (flèches E) . Dans la chambre intermédiaire 36, le liquide de refroidissement circule de façon privilégiée selon la direction Oz. Depuis la chambre intermédiaire 36, le liquide de refroidissement pénètre alors dans la chambre inférieure 34D aux travers des ouvertures 38D et des trous 39D. De la chambre inférieure 34D, le liquide de refroidissement passe dans la conduite 44B par l'orifice allongé 45B (flèche F). Le liquide de refroidissement provenant de l'orifice allongé 45B se mélange au liquide de refroidissement circulant dans la conduite 44B (flèche G) et quitte le module 10 (flèche H). L'écoulement du liquide de refroidissement au contact des accumulateurs 20 permet d'obtenir des performances de refroidissement optimales. Les dimensions et la répartition des ouvertures 38C, 38D sont choisies pour que l'écoulement du liquide de refroidissement soit sensiblement homogène dans la chambre intermédiaire 36.
Chaque panneau latéral 16A, 16B comprend en outre au moins deux ouvertures traversantes 54A, 54B, ayant par exemple une forme cylindrique à base circulaire, qui s'étendent selon la direction Oz. Comme cela est décrit plus en détail par la suite, les ouvertures 54A, 54B sont utilisées pour la fixation de plusieurs modules 10 entre eux.
Le panneau latéral 16A comprend, en outre, deux bornes électriques 56, 58 situées, par exemple, sur la grande face 41A du panneau latéral 16A. La borne électrique 56 est reliée électriquement à la plaque de connexion 24C ou 24D correspondant au premier noeud d'accès du circuit électrique formé par les
B16354 - DD18215 ST accumulateurs 20, par un conducteur électrique non visible sur les figures, et la borne électrique 56 est reliée électriquement à la plaque de connexion 24C ou 24D correspondant au deuxième noeud d'accès du circuit électrique formé par les accumulateurs 20, par des conducteurs électriques non visibles sur les figures.
Le module 10 peut en outre comprendre des capteurs, non représentés, adaptés à mesurer différents signaux lors du fonctionnement du module 10. A titre d'exemple, les capteurs peuvent comprendre au moins un capteur de température pour mesurer la température au voisinage des accumulateurs 20. De préférence, le module 10 comprend plusieurs capteurs de température. A titre d'exemple, les capteurs peuvent comprendre des capteurs des tensions aux bornes des accumulateurs 20. Le module 10 peut, en outre, comprendre au moins un élément chauffant utilisé pour chauffer les accumulateurs 20.
Selon un mode de réalisation, le module 10 peut comprendre un circuit imprimé, par exemple un circuit imprimé souple, non représenté, sur lequel sont prévus les capteurs et/ou les éléments chauffants. Le circuit imprimé souple comprend alors des pistes conductrices électriquement, par exemple en cuivre, sur un film support et des composants électroniques ou des circuits électroniques sont fixés aux pistes conductrices. A titre d'exemple, lorsque le circuit imprimé souple comprend un élément chauffant utilisé pour chauffer les accumulateurs 20, celui-ci peut correspondre à une piste résistive ou une piste en cuivre de section et longueur adaptées pour produire de la chaleur lorsqu'elle est traversée par un courant. Selon un mode de réalisation, le circuit imprimé souple peut comprendre une étiquette RFID (sigle anglais pour Radio-frequency identification). Le circuit imprimé souple peut être connecté aux accumulateurs 20 de la batterie. Le circuit imprimé peut être relié à un module de traitement situé à l'extérieur ou à l'intérieur du module 10 par exemple par des conducteurs électriques, notamment une nappe flexible, traversant le panneau latéral 16B par une ouverture visible sur les figures 3 et 4.
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L'épaisseur maximale de chaque plaque de connexion 24C, 24D est comprise entre 0,2 mm et 2 mm. Dans le présent mode de réalisation, chaque plaque de connexion 24C, 24D comprend un empilement d'au moins une première couche conductrice électriquement 60C, 60D et d'une deuxième couche électriquement
62C, 62D, visibles en figure 2. La première couche 60C, 60D est en contact mécanique avec les accumulateurs 20. La deuxième couche 62C, 62D comprend des ouvertures 64C, 64D situées en vis-à-vis des accumulateurs 20. Selon un mode de réalisation, la première couche 60C, 60D est en un matériau choisi parmi le groupe comprenant l'acier nickelé, le nickel, le cuivre nickelé et tout matériau permettant une soudure aisée sur les accumulateurs. L'épaisseur de la première couche 60C, 60D est comprise entre
0,1 mm et 0,5 mm. Selon un mode de réalisation, la deuxième couche 62C, 62D est en un matériau choisi parmi le groupe comprenant le cuivre, l'aluminium, le cuivre béryllium et tout matériau avec une bonne conductivité électrique. L'épaisseur de la deuxième couche 62C, 62D est comprise entre 0,2 mm et 2 mm. Les propriétés de conductivité électrique de la plaque de connexion 24C, 24D sont essentiellement assurées par la deuxième couche 62C, 62D tandis que le matériau composant la première couche 60C, 60D est notamment choisi pour obtenir une connexion électrique de bonne qualité avec les accumulateurs 20, notamment pour faciliter le soudage de la première couche 60C, 60D avec les accumulateurs 20.
Un mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'un module 10 comprend les étapes suivantes :
mise en place des accumulateurs 20 sur l'un des flasques 22C puis ajout du flasque 22D ;
mise en place de chaque plaque de connexion 24C sur le flasque supérieur 22C, fixation de chaque plaque de connexion 24C aux accumulateurs, par exemple par soudage électrique, mise en place de chaque plaque de connexion 24D sur le flasque inférieur 22C et fixation de chaque plaque de connexion 24C aux accumulateurs 20, par exemple par soudage électrique ;
B16354 - DD18215 ST insertion de l'ensemble comprenant les accumulateurs 20, les flasques 22C, 22D et les plaques de connexion 24C, 24D dans la pièce centrale 14 ; et fixation des panneaux latéraux 16A, 16B à la pièce centrale 14.
Le circuit électrique formé par les accumulateurs 20 peut facilement être modifié en changeant la disposition et les dimensions des plaques de connexion 24C, 24D et/ou en changeant l'orientation des accumulateurs 20 sans modifier le boîtier 12 ou les flasques 22C, 22D. Le module 10 peut ainsi facilement être modifié pour s'adapter à des applications différentes.
Les liaisons mécaniques entre les flasques 22C, 22D et la pièce centrale 14 du boîtier 12, entre les flasques 22C, 22D et les accumulateurs 20 et entre les plaques de connexion 24C, 24D et les accumulateurs 20 assurent la rigidité de l'ensemble et le maintien des accumulateurs 12.
Les figures 5 et 6 sont respectivement une vue en perspective et une vue éclatée en perspective d'un mode de réalisation d'une batterie 70. La batterie 70 comprend un empilement 72 de neuf modules 10 agencés de façon que, à l'exception des panneaux latéraux 16A, 16B du module situé à l'une des extrémités de l'empilement 72, l'embout 52A de chaque panneau latéral 16A pénètre dans la conduite 44A du panneau latéral 16A suivant de l'empilement 72 et que l'embout 52B de chaque panneau latéral 16B pénètre dans la conduite 44B du panneau latéral 16B suivant de l'empilement 72. Les ouvertures traversantes 54A des panneaux latéraux 16A sont alors situées dans le prolongement les unes des autres et les ouvertures traversantes 54B des panneaux latéraux 16A sont alors situées dans le prolongement les unes des autres.
Les modules 10 sont fixés les uns aux autres par des tiges 74 qui s'étendent dans les ouvertures traversantes 54A, 54B. Des écrous 76 et des rondelles 78 prévus aux extrémités des tiges 74 permettent la mise en compression des modules 10. De façon avantageuse, une fois que les modules 10 sont mis en appui les
B16354 - DD18215 ST uns contre les autres par les tiges 74, chaque embout 52A, 52B forme, avec la conduite 44A, 44B dans laquelle il pénètre, une liaison étanche au liquide de refroidissement.
Comme cela est représenté en figure 5, la batterie 70 peut comprendre des plaques d'extrémité 80, 81 situées à chaque extrémité de l'empilement 72 et fixées à l'empilement 72 par l'intermédiaire des tiges 74. Les plaques d'extrémité 80, 81 peuvent permettre de fixer la batterie 70 à un support, non représenté. Chaque plaque d'extrémité 80, 81 comprend un élément tubulaire 82, 83 dont l'ouverture traverse la plaque d'extrémité 80, 81 de part en part. L'élément tubulaire 82 de la plaque d'extrémité 80 est situé dans le prolongement de la conduite 44A du panneau latéral 16A attenant tandis que la plaque d'extrémité 80 bouche complètement la conduite 44B du panneau latéral 16B attenant. L'élément tubulaire 83 de la plaque d'extrémité 81 est situé dans le prolongement de la conduite 44B du panneau latéral 16B attenant, l'embout 52B pouvant pénétrer dans l'élément tubulaire 82B, tandis que la plaque d'extrémité 81 bouche complètement la conduite 44A du panneau latéral 16A attenant.
Selon un mode de réalisation, la batterie 70 comprend des connecteurs électriques 84, visibles en figure 5, reliant électriquement les modules 10 les uns aux autres et situés à l'extérieur des modules 10. Dans le présent mode de réalisation, les modules 10 sont connectés en série, c'est-à-dire que, pour chaque module 10 à l'exception des deux modules situés aux extrémités de l'empilement 72, un premier connecteur 84 relie la borne électrique 56 à la borne électrique 58 de l'un des deux modules 10 adjacents et un deuxième connecteur 84 relie la borne électrique 58 à la borne électrique 56 de l'autre des deux modules 10 adjacents. Deux connecteurs électriques 86 sont reliés aux bornes électriques 56, 58 des modules 10 situés aux extrémités de l'empilement 72 non connectées à un autre module 10. Un fusible 87 peut être prévu sur l'un des connecteurs 86.
La batterie 70 peut comprendre, en plus des plaques d'extrémité 80, 81, ou à la place de l'une et/ou de l'autre des
B16354 - DD18215 ST plaques d'extrémité 80, 81, au moins un élément supplémentaire, qui peut être fixé à l'empilement 72 par les tiges 74, tel qu'une pompe hydraulique adaptée à entraîner le liquide de refroidissement dans les modules 10, un échangeur de chaleur notamment pour refroidir le liquide de refroidissement ou un bloc de connexion électrique.
La circulation du liquide de refroidissement dans les modules 10 est mise en œuvre par une pompe, non représentée, qui injecte le liquide de refroidissement par l'élément tubulaire 82. Le liquide de refroidissement alimente alors chaque module 10 via les conduites 44A communicantes. Après avoir traversé chaque module 10, comme cela a été décrit précédemment, le liquide de refroidissement est récupéré dans les conduites 44B et est évacué par l'élément tubulaire 83.
Dans le cas où chaque module 10 comprend des capteurs, l'ensemble des capteurs des modules peuvent être reliés à un module de traitement. Le module de traitement peut correspondre à un circuit dédié ou peut comprendre un processeur, par exemple un microprocesseur ou un microcontrôleur, adapté à exécuter des instructions d'un programme d'ordinateur stocké dans une mémoire. Le module de traitement peut jouer le rôle d'un système de contrôle de la batterie adapté, par exemple, à surveiller les tensions des accumulateurs 20 pour rester dans une plage de fonctionnement autorisée, à surveiller le niveau de charge des accumulateurs 20 et éventuellement à réaliser l'équilibre de ces charges, à réguler le courant de charge dans les périodes de recharge, à réguler le courant de décharge, etc.
Un mode de réalisation d'un procédé de fabrication de la batterie 70 comprend les étapes suivantes :
fabrication des modules 10 composant la batterie 70 comme cela a été décrit précédemment ;
formation de l'empilement 72 des modules 10 ;
insertion des tiges 74 et mise en compression des modules 10 ; et mise en place des connecteurs 84, 86.
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Au moins deux batteries 70 ayant la structure représentées sur la figure 5, éventuellement avec un nombre différent de modules 10, peuvent être peuvent être connectées en série et/ou en parallèle selon l'application visée.
A titre d'exemple, le nombre d'accumulateurs 20 connectés en série de la batterie peut varier de quatre, notamment pour une batterie 70 fournissant une tension de l'ordre de 12 V, à plus de cent, notamment pour une batterie fournissant une tension supérieure à 700 V ou 1000 V. La batterie 70 est, par exemple, destinée à être utilisée pour l'alimentation d'un ordinateur portable ou d'une visseuse sans fil, par exemple avec quatre accumulateurs en série, d'un vélo à assistance électrique, d'une voiture électrique ou d'un autre véhicule électrique.
La figure 7 est une vue en perspective, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'un module 90 d'accumulateurs électriques, le boîtier 12 n'étant pas représenté. Le module 90 comprend tous les éléments du module 10. Chaque flasque 22C, 22D comprend, en outre, des ergots 92C, 92D orientés vers les plaques de connexion 24C, 24D. Certains ergots 92C, 92D s'étendent au travers des trous 39C, 39D des plaques de connexion 24C, 24D. Les ergots 92C, 92D permettent de faciliter le positionnement des plaques de connexion 24C, 24D, notamment avant qu'elles ne soient fixées aux accumulateurs 20. Les ouvertures traversantes supplémentaires 38C, 38D peuvent traverser les flasques 22C, 22D sensiblement au centre des ergots 92C, 92D.
Les figures 8 et 9 sont respectivement une vue en perspective et une vue de dessus, partielles et schématiques, du flasque supérieur 22C du module 90 représenté en figure 7. Comme cela apparaît sur la figure 9, à l'exception des ergots 92C situés sur les bords du flasque 22C, chaque ergot 92C a, en vue de dessus, une section droite inscrite dans un triangle équilatéral. En outre, chaque ergot 92C surplombe au moins l'une des ouvertures traversantes 32C, 32D. Les ergots 92C jouent ainsi le rôle de butées selon la direction Oz lors de la mise en place des accumulateurs 20 sur les flaques 22C, 22D.
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La figure 10 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation du flasque 22C du module 10 d'accumulateurs électriques 20, le flasque 22D pouvant avoir une structure identique. Le plan de coupe est parallèle au plan Oxy. Dans le présent mode de réalisation, le flasque 22C ne comprend pas d'ouvertures supplémentaires 38C. En outre, chaque ouverture 32C ne forme pas une liaison étanche avec l'accumulateur 20 qu'elle reçoit. Chaque ouverture 32C comprend des protubérances 94C au contact de l'accumulateur 20 et délimitant avec l'accumulateur 20 des passages 96C. Les passages 96C jouent le même rôle que les ouvertures supplémentaires 38C, 38D. L'accumulateur 20 est monté serré dans l'ouverture 32C et est maintenu par les protubérances 94C.
Divers modes de réalisation ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaissent à l'homme de l'art. En particulier, bien que dans les modes de réalisation décrits précédemment, la mise en compression des modules 10 soit réalisée par l'intermédiaire des tiges 74, il est clair que n'importe quel système de mise en compression des modules 10 peut être utilisé. A titre d'exemple, les tiges 74 peuvent être remplacées par une bride qui serre les modules les uns contre les autres, ou une sangle qui entoure l'empilement 72 de modules 10.
Divers modes de réalisation avec diverses variantes ont été décrits ci-dessus. On note que l'homme de l'art peut combiner divers éléments de ces divers modes de réalisation et variantes sans faire preuve d'activité inventive.
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1.
des première et intermédiaire

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    Module (10) pour batterie (70) comprenant : accumulateurs (20), chaque accumulateur ayant des deuxième extrémités (26C, 26D) et une portion première et deuxième extrémités ;
    (22C) comprenant , les premières sans collage dans (28) reliant les premier flasque ouvertures traversantes (32C) étant fixées un accumulateurs ouvertures ;
    des (24C), chaque extrémités des premières extrémités des les premières premières plaques conductrices première plaque étant connectée des accumulateurs d'un premier d'accumulateurs parmi des premiers ensembles d'accumulateurs ;
    des deuxièmes électriquement aux premières ensemble un deuxième flasque (22D) comprenant ouvertures traversantes (32D), les deuxièmes étant fixées sans collage dans extrémités des accumulateurs les deuxièmes ouvertures ;
    des (24D), chaque extrémités <
    deuxièmes plaques conductrices : deuxième plaque étant connectée des accumulateurs d'accumulateurs des électriquement deuxièmes aux d'un deuxième deuxièmes ensemble ensembles les premier plaques et contenir un et et les les des première deuxième premiers les parmi d'accumulateurs ; et un boîtier (12) contenant les accumulateurs, et deuxième flasques et les premières et deuxièmes délimitant, avec les premier et deuxième flasques, des première, deuxième et troisième chambres (34C, 36, 34D) destinées à liquide diélectrique, le premier flasque séparant deuxième chambres et le deuxième flasque séparant troisième chambres, le premier flasque comprenant passages (38C, 96C) pour le liquide diélectrique entre première et deuxième chambres (34C, 36) et le deuxième flasque comprenant des deuxièmes passages (38D, 96D) pour le liquide diélectrique entre les deuxième et troisième chambres (34D, 36).
  2. 2. Module selon la revendication 1, dans lequel chaque première plaque (24C) comprend des premiers trous (39C), chaque
    B16354 - DD18215 ST premier trou étant en vis-à-vis de l'un des premiers passages (38C), et dans lequel chaque deuxième plaque (24D) comprend des deuxièmes trous (39D), chaque deuxième trou étant en vis-à-vis de l'un des deuxièmes passages (38C).
  3. 3. Module selon la revendication 2, dans lequel le premier flasque (22C) comprend des ergots (92C) se projetant dans la première chambre (34C), les premiers trous (39C) étant traversés par lesdits ergots.
  4. 4. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le premier flasque (22C) comprend des troisièmes ouvertures (38C), distinctes des premières ouvertures (32C), pour le passage du liquide de refroidissement entre les première et deuxième chambres (34C, 36) et dans lequel le deuxième flasque (22D) comprend des quatrièmes ouvertures (38D), distinctes des deuxièmes ouvertures (32D), pour le passage du liquide de refroidissement entre les deuxième et troisième chambres (36, 34D) .
  5. 5. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chaque première plaque (24C) et chaque deuxième plaque (24D) comprend un empilement (72) d'au moins des première et deuxième couches conductrices électriquement (60C, 60D, 62C, 62D) en des matériaux différents, la première couche étant au contact mécanique avec au moins deux des accumulateurs (20) et la deuxième couche étant ouverte en vis-à-vis desdits au moins deux accumulateurs (20).
  6. 6. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le boîtier (12) comprend des premier et deuxième panneaux latéraux (16A, 16B) et une pièce centrale tubulaire (14) interposée entre les premier et deuxième panneaux latéraux et dans lequel chaque premier et deuxième panneau latéral comprend une face (40A, 40B) orientée vers l'intérieur du module, une conduite traversante (44A, 44B) débouchant à chaque extrémité hors du module et un orifice (45A, 45B) communiquant avec la conduite et débouchant sur ladite face, l'orifice (45A) du premier panneau latéral (16A) débouchant dans la première chambre (34C) et
    B16354 - DD18215 ST l'orifice (45B) du deuxième panneau latéral (16B) débouchant dans la deuxième chambre (34D).
  7. 7. Batterie (70) comprenant un empilement (72) de plusieurs modules (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
  8. 8. Batterie (70) selon la revendication 7, comprenant un système (74) de mise en compression des modules (10) de l'empilement (72).
  9. 9. Batterie (70) selon la revendication 8, dans lequel chaque premier et deuxième panneau latéral (16A, 16B) comprend au moins une cinquième ouverture traversante (54A, 54B), les cinquièmes ouvertures traversantes des modules (10) de l'empilement (72) étant dans le prolongement les unes des autres, le système de mise en compression comprenant au moins une tige (74) traversant les cinquièmes ouvertures des modules.
  10. 10. Procédé de fabrication d'un module (10) pour batterie (70) comprenant les étapes suivantes :
    monter des accumulateurs (20), chaque accumulateur ayant des première et deuxième extrémités (26C, 26D) et une portion intermédiaire (28) reliant les première et deuxième extrémités, sur un premier flasque (22C) comprenant des premières ouvertures traversantes (32C), les premières extrémités des accumulateurs étant fixées sans collage dans les premières ouvertures ;
    monter les accumulateurs sur un deuxième flasque (22D) comprenant des deuxièmes ouvertures traversantes (32D), les deuxièmes extrémités des accumulateurs étant fixées sans collage dans les deuxièmes ouvertures ;
    fixer des premières plaques conductrices électriquement (24C) aux accumulateurs, chaque première plaque de connexion étant connectée aux premières extrémités des accumulateurs d'un premier ensemble d'accumulateurs parmi des premiers ensembles d'accumulateurs ;
    fixer des deuxièmes plaques de connexion (24D) conductrices électriquement au accumulateur, chaque deuxième plaque de connexion étant connectée aux deuxièmes extrémités des
    B16354 - DD18215 ST accumulateurs d'un deuxième ensemble d'accumulateurs parmi des deuxièmes ensembles d'accumulateurs ; et disposer les accumulateurs, les premier et deuxième flasques et les premières et deuxièmes plaques dans un boîtier 5 (12) délimitant, avec les premier et deuxième flasques, des première, deuxième et troisième chambres (34C, 36, 34D) destiné à contenir un liquide diélectrique, le premier flasque séparant les première et deuxième chambres et le deuxième flasque séparant les deuxième et troisième chambre, le premier flasque comprenant des 10 premiers passages (38C, 96C) pour le liquide diélectrique entre les première et deuxième chambres (34C, 36), le deuxième flasque comprenant des deuxièmes passages (38D, 96D) pour le liquide diélectrique entre les deuxième et troisième chambres (34D, 36).
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