FR3155367A1 - Batterie de traction de vehicule automobile avec conducteur thermique entre les cellules - Google Patents

Batterie de traction de vehicule automobile avec conducteur thermique entre les cellules Download PDF

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Abstract

Batterie de traction de véhicule automobile comportant des cellules électrochimiques cylindriques (2) disposées parallèlement entre elles suivant des rangées (4) comprenant un montage en quinconce entre deux rangées (4), et comportant au moins un conducteur thermique (10) formant une bande plate intercalée entre deux rangées (4) donnant une forme sinusoïdale contournant chaque cellule (2) avec un appui sur une partie de son contour, cette batterie comportant des barrettes intermédiaires d’échanges thermiques (20) allongées suivant l’axe des cellules (4), présentant une section à trois faces (22, 24) comprenant une première face d’appui (24) sur le conducteur thermique (10) et deux faces d’appui (22) sur deux cellules proches (2). Figure 3

Description

BATTERIE DE TRACTION DE VEHICULE AUTOMOBILE AVEC CONDUCTEUR THERMIQUE ENTRE LES CELLULES
La présente invention concerne une batterie de traction de véhicule automobile électrique ou hybride comprenant un conducteur thermique disposé entre les cellules électrochimiques, ainsi qu’un procédé d’assemblage de cette batterie et un véhicule automobile comportant une telle batterie.
Les cellules électrochimiques des batteries de traction de véhicules automobiles, en particulier les cellules utilisant une technologie au lithium-ion, comportent une plage particulière de température d’utilisation donnant à la fois une optimisation de la puissance de charge, de la capacité de charge et de la durée de vie. De plus un échauffement trop important des cellules peut entraîner une destruction de ces cellules avec un risque d’incendie.
Le compartiment des batteries dispose généralement d’un système d’échange thermique de refroidissement, ou de réchauffement dans certains cas, utilisant l’air ou un liquide, et des conducteurs thermiques de ce flux en contact avec les cellules afin d’effectuer une régulation de leurs températures.
Un type de batterie de traction de véhicule connu, présenté notamment par le document EP-A1-3878045, comporte des cellules électrochimiques de forme cylindrique disposées verticalement suivant des rangées alignées, comprenant un montage en quinconce permettant d’optimiser l’utilisation du volume disponible dans un compartiment de batterie.
Un conducteur de fluide comprenant une bande continue plate présentant une largeur disposée verticalement, s’intercale entre deux rangées de cellules pour former un canal sinusoïdal. De cette manière en ajoutant une petite épaisseur de bande entre deux rangées, la sinusoïde avec ses courbures successives opposées suit les cellules disposées en quinconce, en contournant chaque cellule avec un contact sur une partie de son contour. Toutefois la bande sinusoïdale intercalée entre deux rangées reste en contact avec chaque cellule suivant un angle d’environ 90°, soit le quart du contour de la cellule.
De plus afin de limiter l’encombrement de la batterie on dispose un conducteur thermique toutes les deux rangées ce qui donne pour chaque cellule un contact sur un unique côté, les trois quarts du contour restant sans échange. La cellule avec un refroidissement sur une partie limitée de sa surface peut poser des problèmes de différence de température interne.
Par ailleurs les bandes continues du conducteur thermique intercalées entre des rangées de cellules, donnant un flux traversant de manière uniforme le compartiment, comprenant sur toute sa longueur la même surface d’échange avec les cellules, ne permet pas de différencier la capacité d’échange thermique suivant le positionnement de chaque cellule.
En particulier le besoin d’échange thermique de chaque cellule peut être différent suivant sa disposition plus ou moins proche du contour de l’ensemble bénéficiant de plus d’échange avec l’extérieur. De plus le flux du fluide avançant dans le conducteur se réchauffe suivant sa progression le long du canal formé par la bande, avec un écart thermique par rapport aux cellules qui diminue. La capacité d’échange thermique est réduite à la fin de ce canal.
On n’a pas de possibilité de modifier individuellement l’échange thermique des cellules suivant leur position dans la batterie, ce qui pose des problèmes d’optimisation de la plage de régulation thermique de leurs températures.
La présente invention a notamment pour but d’éviter ces problèmes de l’art antérieur.
Elle propose à cet effet une batterie de traction de véhicule automobile comportant des cellules électrochimiques cylindriques disposées parallèlement entre elles suivant des rangées comprenant un montage en quinconce entre deux rangées, et comportant au moins un conducteur thermique formant une bande plate intercalée entre deux rangées donnant une forme sinusoïdale contournant chaque cellule avec un appui sur une partie de son contour, cette batterie étant remarquable en ce qu’elle comporte des barrettes intermédiaires d’échanges thermiques allongées suivant l’axe des cellules, présentant une section à trois faces comprenant une première face d’appui sur le conducteur thermique et deux faces d’appui sur deux cellules proches.
Un avantage de cette batterie de traction et qu'on peut prévoir un conducteur thermique de section sensiblement constante, formant un passage de fluide continu sur toute la longueur entre deux rangées de cellules, puis ajuster ponctuellement des barrettes intermédiaires entre certaines cellules particulières, d'un côté ou de l’autre du conducteur thermique. Chaque barrette en contact à la fois avec deux cellules proches et le conducteur augmente l'échange thermique entre ces cellules proches et le fluide du conducteur.
On obtient ainsi à partir de cellules identiques, et d’un conducteur thermique sensiblement équivalent à ceux utilisés dans les batteries selon l’art antérieur, en ajoutant localement des barrettes intermédiaires, la possibilité d’augmenter par endroit la capacité d’échange thermique de certaines cellules de manière à obtenir une plus grande régularité de la plage de température sur l’ensemble. La plus grande surface d’échange thermique des cellules en contact avec les barrettes conductrices permet aussi d’améliorer la régularité de la température interne dans ces cellules.
La capacité de charge des cellules, la puissance de charge et la durée de vie de ces cellules sont améliorées.
La batterie de traction de véhicule automobile selon l’invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.
Avantageusement, les barrettes intermédiaires comportent deux faces de section concave s’ajustant sur le contour des cellules.
Selon un premier mode de réalisation, la première face des barrettes intermédiaires comporte sur sa longueur des stries s’ajustant sur une surface correspondante du conducteur thermique.
Dans ce cas, avantageusement les stries présentent une succession de sections triangulaires ou rectangulaires.
Selon un autre mode de réalisation, la première face des barrettes intermédiaires comporte une surface lisse s’ajustant sur la surface du conducteur thermique.
En particulier, la première face des barrettes peut comporter une forme globalement plate s’ajustant sur un côté plat du conducteur thermique.
Avantageusement, les barrettes intermédiaires présentent une section constante formée par un procédé d’extrusion.
L’invention a aussi pour objet un procédé d’assemblage d’une batterie de traction comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes, remarquable en ce qu’il comporte une étape d’assemblage des cellules en disposant les conducteurs thermiques entre certaines rangées de cellules, puis une étape d’insertion de barrettes intermédiaires entre des cellules.
De plus le procédé peut réaliser une sélection des espaces intermédiaires entre les cellules recevant les barrettes, en fonction de la position de ces cellules par rapport au bord de l’ensemble des cellules, ou de leur position par rapport au sens d’un flux contenu dans le conducteur thermique.
L’invention a de plus pour objet un véhicule automobile électrique ou hybride équipé d’une machine électrique de traction, remarquable en ce qu’il comporte une batterie de traction comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes, qui alimente la machine électrique.
L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d’exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
FIG. 1présente en vue de dessus un ensemble de cellules électrochimiques d’une batterie selon l’art antérieur, comportant des conducteurs thermiques intercalés toutes les deux rangées ;
FIG. 2est un schéma présentant en détail le conducteur thermique de cette batterie ; et
FIG. 3est un schéma présentant en détail le conducteur thermique d’une batterie selon l’invention.
Dans l’ensemble du document la direction verticale est relative à une batterie posée sur un plan horizontal, cette batterie pouvant prendre toutes les orientations pendant son usage dans le véhicule automobile.
Les figures 1 et 2 présentent un ensemble de cellules cylindriques 2 d’une batterie de traction d’un véhicule automobile électrique ou hybride, alignées verticalement suivant des rangées parallèles 4 disposées suivant une direction longitudinale, de manière proche dans une même rangée et entre ces rangées.
Un compartiment de cellules 6 contenant l’ensemble des cellules 2, est disposé dans un caisson de batterie recevant d’autres éléments nécessaires pour le fonctionnement de cette batterie, afin de former un ensemble plat généralement fixé sous le plancher d’un véhicule automobile pour alimenter une machine électrique de traction.
Entre deux rangées 4 parallèles proches les cellules 2 sont décalées suivant la direction longitudinale d’un écart égal au rayon des cellules de manière à former un montage en quinconce qui optimise le nombre de cellules dans un espace donné.
Avec des rangées 4 parallèles jointives on obtient des espaces intermédiaires 12 présentant une forme à trois faces concaves correspondant à des parties de contour des trois cellules 2 qui sont en contact.
Toutes les deux rangées 4 un conducteur thermique de fluide 10 forme un canal ajusté entre deux rangées, qui s’étend dans la direction longitudinale sur la longueur complète de l’ensemble des cellules.
Chaque conducteur thermique 10 forme une bande continue plate relativement souple, présentant une largeur disposée verticalement, et une épaisseur qui s’intercale entre les deux rangées 4 de cellules 2 en formant une sinusoïde qui contourne successivement une cellule d’une rangée puis une cellule de l’autre rangée. On obtient de cette manière un contact de chaque cellule de la batterie 2 avec le conducteur thermique 10, suivant un secteur angulaire de son contour qui est d’environ 90°.
LaFIG. 3présente une barrette intermédiaire 20 formant un conducteur thermique qui est inséré verticalement dans un espace intermédiaire 12 sur toute sa hauteur. La section constante de la barrette intermédiaire 20, globalement triangulaire, présente une première face 24 d’échange avec le conducteur thermique 10, globalement plate, comportant sur sa longueur des stries verticales de section carrée constituant un peigne qui s’ajuste sur une surface striée correspondante formée sur le côté du conducteur, et présente deux faces concaves 22 en appui sur les contours de deux cellules proches 2 d’une même rangée 4.
En variante la face d’échange 24 peut être globalement arrondie de manière à suivre la sinusoïde du conducteur thermique 10, ce qui permet de conserver la forme sinusoïdale sur les deux faces de ce conducteur. Les stries peuvent présenter une section carrée, ou tout autre section comme des créneaux triangulaires, avec pour objectif d’augmenter la surface de conduction entre la barrette 20 et le conducteur 10, tout en permettant un glissement vertical d’insertion de cette barrette.
En variante la face d’échange 24 de la barrette 20 peut être concave et lisse de manière à suivre la surface sinusoïdale du conducteur thermique 10 qui est aussi lisse dans ce cas. On réduit la surface d’échange thermique entre la barrette 20 et le conducteur thermique 10, mais on conserve des faces de ce conducteur qui sont lisses et constantes sur toute sa longueur, permettant en particulier de le réaliser par extrusion.
Avantageusement les barrettes intermédiaires 20 comprenant un profil de section constante, son réalisées par extrusion d’un matériau présentant une forte conductivité thermique, comme un alliage d’aluminium.
Le procédé d’assemblage de la batterie selon l’invention est le suivant. Après l’assemblage complet des cellules 2 et des conducteurs thermiques 10 ajustés entre les rangées de cellules 4, des barrettes intermédiaires 20 sont glissées verticalement dans certains espaces intermédiaires 12 en fonction de la nécessité d’augmenter l’échange thermique entre les deux cellules contiguës et ce conducteur.
En particulier on peut favoriser l’échange thermique des cellules 2 éloignées des bords de la batterie, bénéficiant de moins d’échange thermique avec l’extérieur de cette batterie. On peut aussi favoriser l’échange thermique des cellules 2 avec celles disposées en fin de parcours du flux du conducteur thermique 10, contenant un fluide intérieur qui est plus chaud.
Dans tous les cas les barrettes intermédiaires 20 constituent des éléments standards qui peuvent être ajoutés dans tous les espaces intermédiaires 12 de chaque batterie, en fonction de ses caractéristiques propres qui peuvent être différentes d’une batterie à l’autre, ce qui donne une grande souplesse d’adaptation individuelle à ces batteries.

Claims (10)

  1. Batterie de traction de véhicule automobile comportant des cellules électrochimiques cylindriques (2) disposées parallèlement entre elles suivant des rangées (4) comprenant un montage en quinconce entre deux rangées (4), et comportant au moins un conducteur thermique (10) formant une bande plate intercalée entre deux rangées (4) donnant une forme sinusoïdale contournant chaque cellule (2) avec un appui sur une partie de son contour, caractérisée en ce qu’elle comporte des barrettes intermédiaires d’échanges thermiques (20) allongées suivant l’axe des cellules (4), présentant une section à trois faces (22, 24) comprenant une première face d’appui (24) sur le conducteur thermique (10) et deux faces d’appui (22) sur deux cellules proches (2).
  2. Batterie de traction selon la revendication 1, caractérisée en ce que les barrettes intermédiaires (20) comportent deux faces de section concave (22) s’ajustant sur le contour des cellules (2).
  3. Batterie de traction selon la revendication 2, caractérisée en ce que la première face (24) des barrettes intermédiaires (20) comporte sur sa longueur des stries s’ajustant sur une surface correspondante du conducteur thermique (10).
  4. Batterie de traction selon la revendication 3, caractérisée en ce que les stries présentent une succession de sections triangulaires ou rectangulaires.
  5. Batterie de traction selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la première face (24) des barrettes intermédiaires (20) comporte une surface lisse s’ajustant sur la surface du conducteur thermique (10).
  6. Batterie de traction selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première face (24) des barrettes intermédiaires (20) comporte une forme globalement plate.
  7. Batterie de traction selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les barrettes intermédiaires (20) présentent une section constante formée par un procédé d’extrusion.
  8. Procédé d’assemblage d’une batterie de traction selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte une étape d’assemblage des cellules (2) en disposant les conducteurs thermiques (10) entre certaines rangées de cellules (4), puis une étape d’insertion de barrettes intermédiaires (20) entre des cellules (2).
  9. Procédé d’assemblage selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’il réalise une sélection des espaces intermédiaires (12) entre des cellules (2) recevant les barrettes intermédiaires (20), en fonction de la position de ces cellules (2) par rapport au bord de l’ensemble des cellules, ou de leur position par rapport au sens d’un flux contenu dans le conducteur thermique (10).
  10. Véhicule automobile électrique ou hybride équipé d’une machine électrique de traction, caractérisé en ce qu’il comporte une batterie de traction selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, qui alimente la machine électrique.
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