FR3148325A1 - Module de batterie électrique comprenant des cellules électrochimiques dans un boîtier et une circulation de fluide diélectrique léchant les tranches des cellules - Google Patents

Abstract

Module de batterie (1) pour stocker de l’énergie électrique, comprenant un boîtier (3) et une pluralité de cellules électrochimiques (2) dans le boîtier, chacune des cellules présentant une forme générale parallélépipédique avec une première dimension L1 selon X, une deuxième dimension L2 selon Y et une faible épaisseur selon Z, chaque cellule présentant des tranches respectives (21,22,23,24) le module comprenant des volumes intérieurs (41,42,43,44) respectifs interposés entre les tranches des cellules et les parois (31,32,33,34) respectives du boîtier situées en vis-à-vis, les cellules étant agencées les unes à la suite des autres dans le sens Z, en appui entre les cinquième et sixième paroi du boîtier, avec une circulation de fluide diélectrique forcée dans les volumes intérieurs, de préférence avec un système de chicanes au moins dans les premier, deuxième et quatrième volumes, le fluide diélectrique venant refroidir les cellules par léchage des tranches. Figure de l’abrégé : Fig. 1

Description

Module de batterie électrique comprenant des cellules électrochimiques dans un boîtier et une circulation de fluide diélectrique léchant les tranches des cellules

L’invention se rapporte à des modules de batterie électrique notamment pour un véhicule automobile à propulsion électrique.

Un tel module de batterie permet de stocker de l’énergie électrique, et comprend à cette fin des cellules électrochimiques. Il peut être utilisé à bord d'un véhicule ou de manière stationnaire.

Un tel module de batterie comprend un boîtier renfermant et protégeant les cellules électrochimiques.

Il est généralement prévu un système pour agir sur la température interne des cellules électrochimiques notamment pour les refroidir, sans exclure le cas où il est nécessaire de les réchauffer.

Lorsque les cellules électrochimiques sont fortement sollicitées, par exemple lors d'une recharge rapide, ou lors d'un appel de puissance important, le système de refroidissement doit être suffisamment performant pour ne pas laisser la température interne de la cellule électrochimique monter trop haut, ce qui permet d'éviter l'événement redouté connu sous le vocable d'«emballement thermique ».

À cet effet, il a déjà été proposé d'utiliser un fluide diélectrique en contact direct avec les cellules pour y prélever des calories et les évacuer à distance. Toutefois, ce genre de solution reste perfectible notamment au regard de la nécessité d'avoir une bonne homogénéité des températures dans les différentes cellules et de minimiser la quantité de fluide diélectrique dans le circuit de fluide liquide.

C’est ainsi que les inventeurs ont cherché à proposer une solution pour pouvoir refroidir le plus efficacement possible les cellules électrochimiques d’un module de batterie tout en minimisant la quantité de fluide diélectrique liquide nécessaire dans le circuit de fluide.

À cet effet, il est ainsi proposé ici un module de batterie pour stocker de l’énergie électrique, comprenant un boîtier de forme générale parallélépipédique et une pluralité de cellules électrochimiques enfermées dans le boîtier, dans lequel il est fourni un repère cartésien orthogonal avec une première direction, une deuxième direction et une troisième direction, chacune des cellules présentant une forme générale parallélépipédique avec une première dimensionL1selon la première direction, une deuxième dimensionL2selon la deuxième direction et une troisième dimensionE1nommée épaisseur selon la troisième direction, ladite épaisseur étant au moins dix fois inférieure à la somme des première et deuxième dimensions,
les première et deuxième directions définissant ensemble un plan de référence XY des cellules, chaque cellule présentant dans le plan de référence XY une forme générale de rectangle avec un premier côté parallèle à la première direction, un deuxième côté parallèle à la deuxième direction, un troisième côté parallèle à la première direction et un quatrième côté parallèle à la deuxième direction,
le premier côté coïncidant avec une première tranche (21) de la cellule, le deuxième côté coïncidant avec une deuxième tranche (22) de la cellule, le troisième côté coïncidant avec une troisième tranche (23) de la cellule, le quatrième côté coïncidant avec une quatrième tranche (24) de la cellule, le module comprenant un premier volume intérieur (41) interposé entre les premières tranches des cellules et une première paroi (31) du boîtier située en vis-à-vis, un deuxième volume intérieur (42) interposé entre les deuxièmes tranches des cellules et une deuxième paroi (32) du boîtier située en vis-à-vis, un troisième volume intérieur (43) interposé entre les troisièmes tranches des cellules et une troisième paroi (33) du boîtier située en vis-à-vis, et un quatrième volume intérieur (44) interposé entre les quatrièmes tranches des cellules et une quatrième paroi (34) du boîtier située en vis-à-vis,
les cellules étant agencées les unes à la suite des autres dans le sens de la troisième direction Z, en appui facial, indirect ou indirect, entre les cinquième et sixième parois du boîtier,
caractérisé en ce qu'il est prévu une circulation de fluide diélectrique forcée dans les premier, deuxième, troisième, quatrième volume intérieur, au contact des tranches,
et en ce qu’au moins le premier volume est équipé d’un système de chicanes.

Grâce à ces dispositions, le liquide diélectrique circule dans les volumes intérieurs au contact des tranches des cellules électrochimiques mais ne circule pas entre les faces principales (les grandes faces) des cellules électrochimiques. La quantité de liquide mobilisé est ainsi plus faible. Les quatre tranches sont léchées de manière efficace par le fluide diélectrique.

On met à profit la bonne conductivité thermique de la cellule selon les premières et deuxièmes directions, alors que la conductivité thermique dans la direction de l'épaisseur s’avère plus faible. Le fluide lèche les cellules dans les zones de meilleure évacuation par conduction thermique intrinsèque.

On assure ainsi une bonne régulation thermique, à savoir généralement un refroidissement efficace lorsque les cellules sont très sollicitées thermiquement, sans exclure parfois un réchauffement si les cellules sont trop froides.

S’agissant des cellules qui présentent chacune une forme générale parallélépipédique, il faut comprendre ici que chaque cellule a la forme d’un livre. Dans une telle forme, on a ainsi deux faces principales et quatre tranches.

Avantageusement, les cellules sont calées selon la troisième dimension entre les cinquième et sixième parois du boîtier. De plus les cellules reposent sur le système de chicane prévu sur la paroi inférieure. Le positionnement est ainsi positif, il n'y a pas besoin de suspendre les cellules et il n'y a pas besoin de les maintenir latéralement.

De plus, dans le premier volume intérieur, en raison de la présence des chicanes, le fluide doit nécessairement circuler selon un parcours imposé prédéfini, et la section de passage pour le fluide diélectrique est partout à peu près la même au contact des premières tranches, et donc la vitesse de circulation locale reste homogène sur l'ensemble du parcours du fluide diélectrique à l’intérieur du premier volume au contact des premières tranches.

De plus, avantageusement, l'épaisseur de la lame de fluide entre les tranches et la première paroi du boîtier est sensiblement constante.

On remarque que le fluide diélectrique est ici monophasique, il reste essentiellement en phase liquide.

Le nombre de cellules dans le boîtier peut être quelconque, par exemple entre 5 et 50.

Selon un aspect, chaque cellule présente une première borne électrique faisant saillie à partir de la deuxième tranche vers l’extérieur de la cellule une deuxième borne faisant saillie à partir de la quatrième tranche vers l’extérieur de la cellule. Ces bornes permettent de raccorder ensemble les cellules en mode série ou parallèle, via des éléments appelés bus-barre, les bus-barres sont reliés à un conducteur collecteur général du module qui permet de relier le module à des modules voisins par au moins une borne extérieure positive et une borne extérieure négative.

Selon un aspect, il est prévu en outre un système de chicanes au moins dans les deuxième et quatrième volumes intérieurs.

La présence des bornes électriques n'est pas incompatible avec la formation d'un système de chicane. En imposant un parcours prédéfini pour le fluide, on s'assure que toutes les zones des deuxièmes et quatrièmes tranches des cellules sont bien balayées par le fluide dit électrique et sont correctement refroidies. Moyennant quoi, la section de passage pour le fluide diélectrique est partout à peu près la même, et donc la vitesse de circulation locale reste homogène sur l'ensemble du parcours du fluide diélectrique.

Selon un aspect, il est prévu en outre un système de chicanes aussi dans le troisième volume intérieur. Sur le dessus aussi, le système de chicanes impose alors au fluide un parcours imposé prédéfini. En imposant un parcours prédéfini pour le fluide, on s'assure que toutes les zones des troisièmes tranches des cellules sont bien balayées par le fluide dit électrique et sont correctement refroidies.

Selon un aspect, le système de chicanes comprend des murets (51,52,53,54) et des passages (56), avec une section de passage homogène et sensiblement constante sur tout le parcours muni de chicanes. Dit autrement, le muret ne fait pas toute la longueur du côté, il est interrompu à un bout pour laisser place à un passage. Mais la hauteur du muret est complète, le muret ne laisse passer aucun fluide, sauf du coté du passage.

On impose ainsi un parcours en serpentin plat et on assure une vitesse de circulation du fluide sensiblement constante sur tout le parcours muni de chicanes.

On trouve ceci non seulement dans le premier volume intérieur, c'est à dire au niveau de la paroi inférieure du boîtier mais aussi le cas échéant au niveau des deuxième et quatrième volumes intérieurs, ainsi que dans le troisième volume intérieur le cas échéant.

Selon un aspect, les passages sont alternés ; c'est-à-dire que pour un couple [muret + passage], le couple suivant est disposé symétriquement, i.e. le passage étant à l'extrémité opposée du précédent, i.e. en quinconce. On obtient ainsi un parcours en serpentin plat.

Selon un aspect, le fluide circule dans le premier volume intérieur entre deux murets voisins, et y circule le long de la troisième direction (Z), et le fluide circule dans le deuxième et quatrième volumes intérieurs entre deux murets voisins le long de la deuxième direction (Y).

Selon un aspect, les murets dans le premier volume forment entretoise de support. Ces entretoises de support forment un calage dans la direction verticale. Dans une orientation nominale, les entretoises de support supportent le poids des cellules électrochimiques. Les premières tranches sont ainsi posées sur les murets/entretoises.

Selon un aspect, il est prévu des pavés de remplissage (47) de part et d'autre des bornes électriques pour avoir une section de passage sensiblement homogène et pour limiter la quantité de liquide diélectrique nécessaire.

Selon un aspect, il est prévu des plaques de conduction thermique interposées entre des cellules et débouchant dans le troisième volume. On complète ainsi le prélèvement thermique sur les tranches par un prélèvement sur les faces principales des cellules via les plaques de conduction thermique.

Selon un aspect, les plaques de conduction thermique présentent une portion supérieure qui s'étend à angle droit à partir du corps principal de la plaque de conduction thermique.

Selon un aspect, la portion supérieure des plaques de conduction thermique est léchée des deux cotés. Selon un aspect alternatif, la portion supérieure des plaques de conduction thermique est léchée sur un seul côté.

Selon un aspect, il est prévu une seule entrée de fluide et une seule sortie de fluide pour le module. La gestion du passage entre l'intérieur et l'extérieur est ainsi facilité, ce point singulier est traité dans une seule pièce, dans un seul côté du boîtier.

De préférence, l’entrée et la sortie sont adjacentes. Le traitement de l'étanchéité des passages est faite localement sur une petite pièce technique par exemple surmoulée ou avec joints.

Selon un aspect, les murets peuvent être insérés, en partie, entre deux cellules adjacentes, un muret étant positionné dans le prolongement d'une feuille de compression en mousse intercalée entre deux cellules.

La présente invention vise aussi un boîtier de protection et de confinement pour module de batterie, le boîtier comprenant une paroi de fond équipée de projections formant support et chicanes, le boîtier comprenant une entrée de fluide et une sortie de fluide, et au moins deux bornes électriques de raccordement, le boîtier étant destiné à recevoir un ensemble de cellules électrochimiques.

Selon un aspect, les deuxième et quatrième parois, et le cas échéant la troisième paroi, peuvent être elles aussi équipées de murets formant chicanes.

Selon un aspect complémentaire, il peut être prévu une interface de passage pour deux conduites fluides et pour deux conducteurs électriques, dont la fonction est de relier l'intérieur du boîtier à l'extérieur du boîtier.

L’invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des variantes de l’invention, dans lesquelles :

illustre schématiquement en perspective une cellule électrochimique entrant dans la composition d’un module de batterie selon la présente invention ;
illustre schématiquement une coupe dans le plan XY d’un exemple de module de batterie selon la présente invention;
illustre schématiquement une coupe dans le plan YZ d’un exemple de module de batterie selon la présente invention;
illustre schématiquement en perspective un ensemble de cellules électrochimiques;
illustre schématiquement en perspective un exemple de paroi de fond du boîtier avec les projections formant support et murets de chicane;
illustre schématiquement en vue en plan un exemple de paroi de fond du boîtier avec les projections formant support et murets de chicane;
montre un schéma en perspective d’un exemple de parcours de fluide dans les volumes intérieurs;
montre en vue de plan un exemple de parcours de fluide dans les quatre volumes intérieurs;
illustre schématiquement un boîtier de confinement d’une pluralité de cellules électrochimiques;
illustre schématiquement une coupe dans le plan XY d’un exemple de boîtier de confinement et protection;
illustre une vue partielle d’extrémité en coupe médiane dans le plan XZ selon la ligne de coupe XI-XI sur la ;
illustre schématiquement une variante avec des plaques de conduction thermique agencées entre deux cellules voisines;
illustre schématiquement une coupe dans le plan YZ d’un exemple de module selon la variante de la ;
montre en vue en perspective un exemple de parcours de fluide dans la variante de la ;
illustre schématiquement une autre variante de réalisation du boîtier de confinement.

Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. Pour des raisons de clarté de l'exposé, certains éléments ne sont pas nécessairement représentés à l'échelle.

L’invention concerne un module de batterie pour véhicule automobile à propulsion/traction électrique, non représenté aux figures. Le véhicule considéré ici peut être un véhicule à quatre roues de type berline, coupé, break, pick-up, fourgon, monospace, etc…

Ici, le véhicule en question peut être 100% électrique ou peut être un véhicule de type hybride à savoir la combinaison d'une chaîne de traction électrique avec un moteur à combustion interne.

Un véhicule à propulsion/traction électrique comprend au moins un dispositif de stockage d'énergie électrique, autrement appelé batterie. Le véhicule concerné ici comprend un ou plusieurs modules de batterie. Le raccordement des modules entre eux peut être en configuration série ou en parallèle ou un mix des deux, pour obtenir une tension élevée sur la batterie de traction, par exemple de type 400 volts ou plus.

Dans le présent document, un module de batterie1comprend une pluralité de cellules électrochimiques2. Les cellules électrochimiques en question sont typiquement de type lithium-ion. D'autres types de cellules ne sont toutefois pas exclus. Les cellules électrochimiques2sont contenues est protégées à l'intérieur d'un boîtier3.

On remarque que le module de batterie1présenté ici peut être également utilisé dans une configuration stationnaire, c'est-à-dire indépendamment d'un véhicule automobile.

Un tel module de batterie permet de gérer de l’énergie électrique, selon le cycle d'utilisation, on peut emmagasiner/stocker de l'énergie dans le module, ou bien prélever de l'énergie depuis le module.

Lorsque les cellules électrochimiques sont fortement sollicitées, par exemple lors d'une recharge rapide, ou lors d'un appel de puissance important, il s'avère nécessaire de prévoir un système de refroidissement.

Le système de refroidissement doit être suffisamment performant pour ne pas laisser la température interne de la cellule électrochimique monter trop haut, ce qui permet d'éviter l'événement redouté connu sous le vocable d'«emballement thermique ».

On définit un repère cartésien orthogonal avec une première direction notéeX, une deuxième direction notéeYet une troisième direction notéeZ, représenté sur la plupart des figures. X,Y,Z sont perpendiculaires deux à deux.

En référence aux figures 1 et 4, chaque cellule électrochimique2présente une forme générale parallélépipédique avec une première dimensionL1selon la première directionX, une deuxième dimensionL2selon la deuxième directionYet une troisième dimensionE1nommée épaisseur selon la troisième directionZ.

Chaque cellule a la forme d’un livre, on a ainsi deux faces principales25,26et quatre tranches21,22,23,24.

L’épaisseurE1est au moins dix fois inférieure à la somme des première et deuxième dimensionsL1+L2. Dans un exemple, l’épaisseurE1est au moins 20 fois inférieure à la somme des première et deuxième dimensionsL1+L2

L1peut être compris entre 20 cm et 50 cm.L2peut être compris entre 10 cm et 30 cm.E1peut être compris entre 5 mm et 15 mm.

Chaque cellule 2 présente dans le plan de référence XY une forme générale de rectangle, avec un premier côté11parallèle à la première directionX, un deuxième côté12parallèle à la deuxième directionY, un troisième côté13parallèle à la première directionXet un quatrième côté14parallèle à la deuxième directionY.

Le premier11côté coïncide avec une première tranche21de la cellule,le deuxième côté12coïncide avec une deuxième tranche22de la cellule, le troisième côté13coïncide avec une troisième tranche23de la cellule et le quatrième côté14coïncide avec une quatrième tranche24.

Pour compléter la description géométrique d'une cellule, ladite cellule comprend deux grandes faces25,26dites faces principales, repérées sur la .

Chaque cellule présente une première borne électriqueB1, par exemple de polarité positive et une deuxième borne électriqueB2, par exemple de polarité négative. La première borne électriqueB1fait saillie à partir de la deuxième tranche22vers l’extérieur de la cellule (vers X -). La deuxième borne électriqueB2fait saillie à partir de la quatrième tranche24vers l’extérieur de la cellule (vers X +).

Comme illustré à la , on forme d'assemblage avec une pluralité de cellules 2 juxtaposées les unes contre les autres à l'endroit de leur face principale et avec leurs tranches généralement alignées. Les deux cellules aux positions extrême sont notées 27, 28.

Comme visible à la , le boîtier3a une forme générale parallélépipédique. Le boîtier comprend une paroi inférieure31(appelée première paroi), une paroi frontale32(appelée deuxième paroi), une paroi supérieure33(appelée troisième paroi),une paroi dorsale34(appelée quatrième paroi), une paroi latérale35(appelée cinquième paroi) et une autre paroi latérale36(appelée sixième paroi) opposée.

En se tournant vers la , le module1comprend un premier volume intérieur41interposé entre les premières tranches21des cellules et la première paroi31du boîtier située en vis-à-vis. Le premier volume intérieur41est formé par l'espace laissé libre entre la tranche inférieure des cellules et la paroi de fond du boîtier. L’intervalle laissé libre présente une largeur selon Z comprise entre 30 mm et 150 mm, de préférence une largeur comprise entre 50 mm et 80 mm. L’intervalle laissé libre présente une hauteur selon Y comprise entre 1 mm et 5 mm, de préférence comprise entre 2 mm et 3 mm.

Comme nous le verrons plus loin, cet espace libre va être le siège d'une circulation de fluide diélectrique de refroidissement des cellules.

De manière similaire, le module1comprend un deuxième volume intérieur42interposé entre les deuxièmes tranches22des cellules et la deuxième paroi32du boîtier située en vis-à-vis, un troisième volume intérieur43interposé entre les troisièmes tranches23et la troisième paroi33du boîtier située en vis-à-vis, et un quatrième volume intérieur44interposé entre les quatrièmes tranches24et la quatrième paroi34du boîtier située en vis-à-vis.

En revanche du côté des cinquième et sixième parois du boîtier, il n'y a pas d'espace libre laissé pour une présence de liquide diélectrique. Les cellules sont agencées les unes à la suite des autres ; les cellules extrêmes27,28de l’ensemble de cellules sont plaquées contre les des cinquième et sixième parois du boîtier. Comme il sera vu plus loin, il peut y avoir un élément auxiliaire intercalé (‘intercalaire’) entre deux cellules, mais il est également en appui contre les faces principales des cellules. Dit autrement, les cinquième et sixième parois 35, 36 du boîtier prennent en sandwich l’empilage des cellules dans le sens Z.

Dit autrement, les cellules agencées les unes à la suite des autres dans le sens de la troisième direction Z, sont en appui facial, indirect ou indirect, entre les cinquième et sixième parois (35,36) du boîtier.

Comme vu aux figures, notamment 3, 4, 11 et 13, le module1comprend une pluralité de cellules électrochimiques 2 enfermées dans le boîtier.

Le nombre de cellules contenues dans le boîtier3peut être quelconque entre 2 et 50. En pratique, le plus souvent, on dispose dans le module entre 10 et 30 cellules et de manière encore plus préférée entre 12 et 24 cellules.

D’une manière générale, il est prévu une circulation de fluide diélectrique forcée dans les quatre volumes intérieurs, i.e. le premier volume intérieur41, le deuxième volume intérieur42, le troisième volume intérieur43et le quatrième volume intérieur44.

Il s'agit ici d'une circulation forcée. Le système comprend une pompe non représentée aux figures.

Le fluide peut diélectrique être du Novec™ de 3M™ ou du SF33™ ou encore tout autre fluide équivalent.

En référence aux figures 5, 6 et 8B, il est prévu un système de chicanes pour contraindre la circulation du fluide et le parcours du fluide autour des cellules. Pour le cas du premier volume intérieur41, ce système de chicanes comprend des murets51et des passages56.

Le parcours ainsi défini est notéP1. Le parcoursP1a la forme d’un serpentin plat.

En outre, les murets51dans le premier volume41font office d’entretoises de support. La illustre que la tranche du bas de chaque cellule21repose sur un ou plusieurs murets51. Les cellules ici de reposent sur les murets (ici quatre murets, mais le nombre de murets pourrait être plus grand). Dans l'exemple illustré, il est prévu des cales57, ici de forme triangulaire, ces cales servent à maintenir en place les murets. Dans une autre forme de réalisation, les murets51peuvent être issus de matière de la paroi de fond31.

Avantageusement, la circulation du fluide s'effectue dans un mode série à l'intérieur du module. Grâce à cela, on assure un balayage/léchage de toutes les zones de tranches avec la même vitesse de circulation.

On remarque que, dans le premier volume intérieur41, le fluide parcours des zigzags transversaux, car en effet les murets s’étendent dans le planYZtransversalement à la progression générale du fluide depuis une extrémité longitudinaleP1aenXjusqu'à l'autre extrémité longitudinale opposéeP1b. Entre les murets51, le fluide se déplace principalement le long de la directionZ. Aux figures, nous avons représenté 5 murets transversaux 51 et 4 parcours de fluide transversaux mais bien entendu le nombre de murets pourrait être plus important ou moins important, ainsi que le nombre de zigzags du parcours du fluide.

On note aussi que le fluide ne circule pas sur les faces principales des cellules.

Le fluide reste dans une phase liquide, il n'y a pas de bulles.

Le cumul de volumes pour les quatre volumes intérieurs reste ainsi raisonnable et le volume de liquide reste modeste. En particulier dans la présente invention, le cumul des 4 volumes représente moins de 1% du volume du boîtier. Dans une réalisation, le cumul des 4 volumes peut représenter moins de 0,5% du volume du boîtier.

De manière similaire à ce qui a été présenté pour les chicanes à l'intérieur du premier volume intérieur41, il est prévu également un système de chicanes dans le deuxième volume intérieur42entre les deuxièmes tranches22des cellules et la deuxième paroi32du boîtier, sur la face frontale du boîtier.

Plus précisément, en se tournant vers les et 8D, le parcoursP2fait des allers-retours entre les murets52qui s'étendent dans un planXY. Entre les murets52, le fluide se déplace principalement le long de la directionY. Le parcoursP2débute au point d'arrivéeP2aen provenance du volume intérieur41et se poursuit jusqu'à la sortie à l'endroit notéP2b.

Entre les murets verticaux52, se trouvent à mi-hauteur les bornes électriquesB1, non représentées sur la .

Optionnellement, du côté des bornes électriques, on peut prévoir des pavés de remplissage47(visible aux figures 2 et 10) au dessus et au dessous desdites bornes, de manière à ce que l'épaisseur de la lame de fluide soit à peu près partout identique. Les pavés de remplissage47s’étendent à partir des surfaces intérieures des deuxième et quatrième parois.

On remarque que les bornes électriques B1 sont également léchées par la circulation du fluide diélectrique, ce qui contribue à augmenter le coefficient d'échange thermique entre l'intérieur de la cellule et le fluide diélectrique.

De manière similaire à ce qui a été présenté pour les chicanes à l'intérieur des deux premiers volumes intérieurs, il est prévu également un système de chicane dans le troisième volume intérieur43entre les troisième tranches23des cellules et la troisième paroi33du boîtier.

Comme nous le verrons plus loin le système de chicanes sur la partie supérieure correspondant au troisième volume intérieur est optionnel.

Là aussi il est prévu des murs et transversaux53, et le dispositif est tout à fait similaire à celui qui a été présenté pour le premier volume intérieur. Le fluide fait des zigzags transversaux les murets53s'étendant dans un planYZ. Le parcours en serpentin platP3est représenté à plat sur la figure 8A.

De manière similaire à ce qui a été présenté pour les chicanes à l'intérieur des deux autres volumes intérieurs, il est prévu également un système de chicane dans le quatrième volume intérieur44entre les quatrième tranches24des cellules et la troisième paroi34du boîtier.

Le parcoursP4sur la face dorsale est similaire à ce qui a été présenté pour le deuxième volume intérieur du côté de la face frontale du boîtier. Le parcours en serpentin platP4est représenté à plat sur la figure 8C. Le parcoursP4débute au pointP4aen provenance du volume intérieur43et se poursuit jusqu'à la sortie à l'endroit notéP4b.

Sur la , un boîtier de protection et confinement 3 a été représenté en coupe avec tous les murets discutés ci-dessus, les murets étant attachés à la structure du boîtier. Ainsi, il suffit d'insérer l'ensemble des cellules à l'intérieur du boîtier 3 pour obtenir le module de batterie complet.

Avantageusement selon la présente invention, il suffit d'une entrée uniqueIN, et d'une sortie uniqueOUTpour relier l'intérieur du module avec la partie de circuit de fluide à circulation forcée extérieur au module.

Comme il illustré à la , le fluide entre par l'entréeIN, il est dirigé sur le parcours supérieurP3(cf figure 8A) dans le volume intérieur 43 ; à la sortie du parcours P3 il rejoint le quatrième volume intérieur 44 et suit le parcours P4 (cf figure 8C) ; le fluide est ensuite est dirigé sur le parcours inférieur P1 (cf figure 8B) dans le volume intérieur 41; pour finir, le fluide rejoint le deuxième volume intérieur 42 et suit le parcours P2 avant de ressortir par la sortie OUT (cf figure 8D).

On remarque que le connecteur d'entrée73et le connecteur de sortie noté74pour le fluide diélectrique son côte à côte.

Aux figures, il a été illustré un pont de raccordement électrique entre cellules, noté40, ainsi qu'un bus-barreB3. Il faut toutefois remarquer que la polarité des première et deuxième bornes B1,B2 n'est pas nécessairement homogène. En effet, il peut être prévu d'agencer un certain nombre de cellules en parallèle formant un sous-ensemble et d'agencer plusieurs sous-ensembles en mode série. Certaines cellules peuvent être en configuration tête-bêche du point de vue électrique.

Il faut donc considérer que les configurations de raccordement électrique sont simplement indicatives, elles peuvent être en réalité quelconques dans le cadre de la présente invention.

Les figures 12, 13 et 14 illustrent une variante dans laquelle des plaques de conduction thermique6, de préférence en matériau aluminium, sont insérées entre deux cellules adjacentes par exemple toutes les 2 cellules.

Chaque plaque de conduction thermique6comprend un corps principal60de faible épaisseur et de dimensions sensiblement égale aux dimensions L1 et L2 des cellules électrochimiques. Il est prévu en outre une portion qui fait saillie des cellules vers le haut pour être baignée par le liquide diélectrique qui y circule.

Dans l'exemple illustré, la portion en saillie est formée comme une extension à angle droit61et d’étendent dans un planXZ.

Cette extension61peut être baignée sur ses deux faces comme illustrée à la figure 13B ou seulement sur une ou de ses faces comme illustré à la figure 13A.

Selon cette configuration, dans le troisième volume intérieur43c'est-à-dire dans la portion supérieure du module1, le flux de circule en parallèle, et non plus en série, entre les portion supérieures des plaques de conduction thermique.

Ceci est illustré sur la où le parcoursP3est linéaire et parallèle sur toute la portion supérieure des tranches23des cellules.

Chaque cellule électrochimique2comprend une enveloppe20pour contenir les éléments électrochimiques dont l'électrolyte liquide ou sous forme de gel. Cette enveloppe20est généralement faite en papier aluminium multicouche et peut être soudée.

Comme visible à la , une solution consiste à replier sur elle-même une feuille formant enveloppe et à la souder sur trois côtés, le côté inférieur21étant dépourvu de soudure. La fermeture supérieure des cellules est réalisée par une soudure29, tout comme celles des bordures latérales.

Selon un aspect particulier, il est prévu d'intercaler des feuilles de compression7entre les faces principales des cellules, comme illustré à la . Par exemple, on intercale une feuille de compression 7 toutes les deux cellules. Les feuilles de compression sont réalisées en mousse. Chaque feuille de compression7présente une épaisseur de quelques dixièmes de millimètres.

De plus, également visible sur la , il est prévu une caractéristique de calage des murets52qui sont agencés dans la prolongation d'une feuille de compression7. Ainsi, lorsque l'on insère l'assemblage de cellules du haut vers le bas à l'intérieur du boîtier, l'extrémité libre des murets et 52 vient se caler entre deux cellules de l'assemblage. On supprime ainsi l'effet de porte-à-faux de l'extrémité libre des cellules. Cette disposition peut également être appliquée du côté opposé à savoir sur le quatrième volume intérieur et les murets 54.

S’agissant de la configuration mécanique du boîtier, il peut être prévu un couvercle a charnière d'axeA3comme illustré à la .

La longueur du boîtierLB1correspond à la première dimensionL1des cellules selon X; on peut avoir par exempleLB1= L1 + 2xDelta, Delta étant l'espace disponible entre la tranche de cellule (hors borne électrique) et la surface intérieure de la paroi du boîtier. De manière similaire, la hauteur du boîtierH2correspond à la deuxième dimensionL2des cellules selon Y ; on peut avoir par exempleH2= L2 + 2xDelta, Delta étant l'espace disponible entre la tranche de cellule et la surface intérieure de la paroi du boîtier.

S'agissant de la largeurLB2, celle-ci dépend du nombre K de cellules présentes dans le module. En négligeant l'épaisseur des feuilles de compression, on aurait doncL3= K xE1,E1étant l'épaisseur susmentionnée de chaque cellule. Et on ajoute àL3les épaisseurs de parois pour obtenirLB2. Dans cette direction, il n'y a pas d'espace libre laissé du côté de la cinquième paroi35et de la sixième paroi36, la prise en sandwich mentionnée plus haut ne laisse aucun espace disponible.

Selon une autre configuration industrielle à la , ce sont les parois latérales35,36qui sont assemblées sur un cadre formé par les quatre autres parois, selon les flèches pointillés. Ceci permet de comprimer l'assemblage des cellules pour générer une précontrainte propice à empêcher un gonflement des cellules sous sollicitation thermique.

En outre, il est prévu deux bornes électriques générales72pour le raccordement extérieur du module à un autre module ou à un réseau électrique du véhicule.

Claims (10)

1. Module de batterie (1) pour stocker de l’énergie électrique, comprenant un boîtier (3) de forme générale parallélépipédique et une pluralité de cellules électrochimiques (2) enfermées dans le boîtier, dans lequel il est fourni un repère cartésien orthogonal avec une première direction (X), une deuxième direction (Y) et une troisième direction (Z),
   chacune des cellules présentant une forme générale parallélépipédique avec une première dimension (L1) selon la première direction, une deuxième dimension (L2) selon la deuxième direction et une troisième dimension (E1) nommée épaisseur selon la troisième direction, ladite épaisseur étant au moins dix fois inférieure à la somme des première et deuxième dimensions,
   les première et deuxième directions définissant ensemble un plan de référence XY des cellules, chaque cellule présentant dans le plan de référence XY une forme générale de rectangle avec un premier côté (11) parallèle à la première direction, un deuxième côté (12) parallèle à la deuxième direction, un troisième côté (13) parallèle à la première direction et un quatrième côté (14) parallèle à la deuxième direction,
   le premier côté coïncidant avec une première tranche (21) de la cellule, le deuxième côté coïncidant avec une deuxième tranche (22), le troisième côté coïncidant avec une troisième tranche (23) de la cellule, le quatrième côté coïncidant avec une quatrième tranche (24),
   le module comprenant un premier volume intérieur (41) interposé entre les premières tranches des cellules et une première paroi (31) du boîtier située en vis-à-vis, un deuxième volume intérieur (42) interposé entre les deuxièmes tranches des cellules et une deuxième paroi (32) du boîtier située en vis-à-vis, un troisième volume intérieur (43) interposé entre les troisièmes tranches des cellules et une troisième paroi (33) du boîtier située en vis-à-vis, et un quatrième volume intérieur (44) interposé entre les quatrièmes tranches des cellules et une quatrième paroi (34) du boîtier située en vis-à-vis,
   les cellules étant agencées les unes à la suite des autres dans le sens de la troisième direction Z, en appui facial, indirect ou indirect, entre les cinquième et sixième parois (35,36) du boîtier,
   caractérisé en ce qu'il est prévu une circulation de fluide diélectrique forcée dans les premier, deuxième, troisième, quatrième volumes intérieurs,
   et ce qu’au moins le premier volume (41) est équipé d’un système de chicanes.
2. Module de batterie selon la revendication 1, dans lequel chaque cellule présentant une première borne électrique (B1) faisant saillie à partir de la deuxième tranche vers l’extérieur de la cellule une deuxième borne (B2) faisant saillie à partir de la quatrième tranche vers l’extérieur de la cellule.
3. Module de batterie selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, comprenant en outre un système de chicanes au moins dans les deuxième et quatrième volumes (42,44).
4. Module de batterie selon la revendication 1, dans lequel le système de chicanes comprend des murets (51,52,53,54) et des passages (56), avec une section de passage homogène et sensiblement constante sur tout le parcours muni de chicanes.
5. Module de batterie selon la revendication 4, dans lequel le fluide circule dans le premier volume intérieur (41) entre deux murets voisins, et circule le long de la troisième direction (Z), et le fluide circule dans le deuxième et quatrième volumes intérieurs entre deux murets voisins, le long de la deuxième direction (Y)
6. Module de batterie selon l’une quelconque des revendications 4 à 5, dans lequel les murets (51) dans le premier volume (41) forment entretoises de support.
7. Module de batterie selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel il est prévu des plaques de conduction thermique (6) interposées entre des cellules et débouchant dans le troisième volume (43).
8. Module de batterie selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel il est prévu une seule entrée de fluide (IN) et une seule sortie de fluide (OUT) pour le module.
9. Module de batterie selon les revendications 3 et 4, dans lequel les murets (52,54) sont insérés, en partie, entre deux cellules adjacentes, un muret étant positionné dans le prolongement d'une feuille de compression en mousse (7).
10. Module de batterie comprenant un boîtier (3), le boîtier comprenant une paroi de fond (31) équipée de projections formant support et chicanes, le boîtier comprenant une entrée de fluide et une sortie de fluide, et deux bornes électriques de raccordement.