Brevet FR2694661A1 — publié le 19940211

"Batterie d'accumulateur à plusieurs éléments, avec refroidissement " L'invention concerne une batterie d'accumu- lateur avec plusieurs éléments dans les parois qui sont en contact étroit de conductibilité thermique avec un dispositif de refroidissement. La chaleur se dissipant dans les accumula- teurs d'énergie électrochimique, prend naissance dans une large mesure par effet Joule à l'intérieur des cellules dans les parties parcourues par le courant de charge et le courant de décharge Cette chaleur ne peut être évacuée que sur la surface par rayonnement convection et conduction thermique (par exemple par l'intermédiaire du sol). Dans les grands accumulateurs d'énergie le rapport de la surface au volume est si défavorable que la chaleur produite dans le fonctionnement normal de charge/décharge ne peut être évacuée qu'à des tempéra- tures de fonctionnement supérieures aux valeurs admis- sibles pour la durée de vie de l'accumulateur d'éner- gie La conséquence en est une limitation de l'utili- sation (pauses de refroidissement) ou une réduction de la durée de vie. De grosses unités de batteries comportent en règle générale jusqu'à 50 éléments auquel cas, entre le milieu de la batterie et le bord de la batterie, on peut avoir une chute de température de 5 à 10 K Du fait des températures différentes des éléments, l'état de pleine charge, conditionné par la prise de charge dépendant de la température et d'autres processus tels que le dégagement d'hydrogène ou la recombinaison d'oxygène, est atteint à des moments différents Dans le cas d'un temps de charge limité, ceci aboutit à une dispersion de l'état de charge et finalement, après surcharge des éléments mal chargés, à la défaillance de ces éléments. A la construction par éléments de grands ac- cumulateurs d'énergie, on a déjà apporté toute une sé- rie de propositions pour améliorer le refroidissement, ces propositions prévoyant d'évacuer la chaleur entre les éléments C'est ainsi que d'après le document GM 74 39 582 on connaît un agencement de tôles conductri- ces de la chaleur entre les différents éléments De préférence, à partir de ces tôles, des ailettes de re- froidissement font saillie au-dessus des éléments et peuvent être refroidies par un courant d'air Selon le document GM 88 02 918, des fentes de séparation sont ménagées entre les différents éléments d'une batterie d'accumulateur et ces fentes sont remplies de cuivre sous forme de métal déployé perméable à l'air et bon conducteur de la chaleur Mais, d'après le document GM 02 249, on connaît également des corps de refroi- dissement à double paroi parcourus par un liquide de refroidissement et qui sont en contact de surface étroit avec les parois des éléments voisins. Ces corps manquent cependant fréquemment de résistance mécanique vis à vis des efforts de serrage à l'assemblage de la batterie, vis-à-vis des déforma- tions des parois du fait de la pression de gonflement. L'invention a en conséquence pour but de créer un corps de refroidissement pour batteries d'ac- cumulateurs qui présente une rigidité suffisante en présence des efforts de déformation précités, et qui se distingue, en outre, par de bonnes valeurs d'échan- ge thermique. Ce but est atteint, conformément à l'inven- tion, en ce que le dispositif de refroidissement est un corps creux en deux dimensions, possédant des ali- mentations et des évacuations pour un fluide de re- froidissement et dans lequel sont imprimées, à partir des deux côtés, des nervures essentiellement perpendi- culaires à la direction de l'écoulement et parallèles entre elles, ces nervures formant des interstices à l'intérieur du corps creux, et en ce qu'aux emplace- ments de chaque nervure se correspondant ensemble des deux côtés, on forme des empreintes supplémentaires qui viennent bout à bout les unes contre les autres et assurent une stabilisation du corps creux. Grâce à la subdivision du corps creux en une pluralité d'espaces partiels qui ne communiquent entre eux que par l'intermédiaire d'interstices longitudi- naux étroits, on obtient sur toute la hauteur du corps creux une répartition uniforme du fluide de refroidis- sement, de sorte qu'il en résulte également un écoule- ment transversal uniforme à travers le corps de re- froidissement dans une direction principalement hori- zontale Un tel mouvement d'écoulement du fluide de refroidissement, et éventuellement aussi du liquide chauffant, est particulièrement avantageux pour un échange thermique intensif avec les éléments et, en conséquence, souhaitable. Dans une forme de réalisation particulière- ment favorable de l'invention, le corps creux comporte une nervure supplémentaire qui dévie le fluide de re- froidissement arrivant en le dirigeant tout d'abord vers le fond de l'espace creux A partir de là, le corps creux est ensuite parcouru transversalement par le liquide suivant des composantes obliquement ascen- dantes. Dans une autre réalisation avantageuse du corps creux selon l'invention, au lieu du canal, des barrettes de déviation sont disposées dans l'espace creux en supplément des nervures, ces barrettes étant réparties entre celles-ci et parallèles à celles-ci. Les nervures précitées du corps creux sont obtenues d'une façon particulièrement simple par mou- lure longitudinale de ces parois latérales. Le corps creux ou corps de refroidissement, ainsi que l'échangeur thermique selon l'invention, suivant une technique préférée de mise en oeuvre du matériau et de fabrication, est un corps creux en ma- tière plastique réalisé selon le procédé de soufflage. Des particularités de cette forme de réali- sation ainsi que des variantes de celle-ci vont être exposées à l'aide des dessins ci-joints dans lesquels: la figure 1 est une vue latérale d'un corps de refroidissement selon l'invention, la figure 2 est une vue en coupe transver- sale du corps de refroidissement de la figure 1, la figure 3 montre un détail des coupes transversales du corps de refroidissement, la figure 4 montre le corps de refroidis- sement de la figure 1 vu par un côté étroit, la figure 5 montre à plus grande échelle, l'alimentation en fluide de refroidissement 3 de la figure 1, la figure 6 montre l'alimentation en flui- de de refroidissement de la figure 5 avec une pièce de raccordement, la figure 7 montre en élévation, des va- riantes de formes de réalisation du corps de refroi- dissement selon l'invention. Selon la figure 1, le corps de refroidisse- ment est subdivisé en plusieurs espaces creux partiels par des nervures ou des moulures longitudinales 1 qui sont placés en face les uns des autres des deux côtés et qui s'étendent sur toute la hauteur du corps creux. Les espaces creux communiquent alors par l'intermé- diaire d'étroits interstices longitudinaux correspon- dant à la réduction de la section transversale de l'espace creux initial provoqué par les moulures lon- gitudinales. Sur chaque moulage longitudinale 1 sont en outre prévues des empreintes 2 auxquelles correspon- dent les mêmes empreintes sur le côté opposé du corps creux et avec lesquelles elles viennent bout à bout à l'intérieur de l'espace creux, de sorte que l'espace creux est supprimé entre ces empreintes Ces emprein- tes apportent ainsi une contribution décisive à la consolidation interne du corps creux du fait qu'elles étayent réciproquement les moulures longitudinales et, par l'intermédiaire de ceux-ci, les parois latérales. Les pressions s'exerçant de l'extérieur sur le corps creux du fait du déplacement ou du bombement des bacs d'éléments, sont ainsi absorbées avec certitude. Les alimentations et les évacuations 3 de fluide de refroidissement prévues sur le côté supé- rieur du corps de refroidissement, sont directement formées au cours de sa fabrication par le procédé de soufflage. La représentation en coupe transversale horizontale du corps de refroidissement, selon la figure 2, permet de voir clairement la segmentation de l'espace creux en plusieurs espaces partiels avec des passages en forme d'interstices entre les moulures respectivement opposées. La figure 3 est une représentation à plus grande échelle des deux premiers espaces creux par- tiels de la figure 2 Le plan du dessin coupe alors, suivant la ligne interrompue A-A de la figure 1, la première moulure 1 à un niveau situé en dehors d'une empreinte supplémentaire 2, et coupe la seconde moulu- re 1 à un niveau lequel coïncident les moulures 1 et les empreintes 2 rapportées sur ceux-ci Comme on peut le voir, l'interstice de passage précédemment existant entre un espace creux partiel et l'espace creux par- tiel voisin, est dans ce cas complètement fermé. La figure 4 représente le corps creux en ma- tière plastique de la figure 1 vu d'un côté étroit. Son épaisseur totale devrait être, conformément à l'invention, de 4 à 6 mm, et de préférence d'environ 5 mm, auquel cas les épaisseurs de parois se situent à peu près au voisinage de 0,5 et 1 mm Dans ces condi- tions, on obtient une bonne stabilité contre la pres- sion des éléments, et également de bonnes valeurs d'é- changes thermiques. Le raccordement de fluide de refroidissement 3 (voir figure 1) représenté à plus grande échelle sur la figure 5, est muni, selon l'invention, d'une surfa- ce d'étanchéité 4 sur la périphérie de sa paroi inter- ne, de sorte qu'une pièce de raccordement de la cana- lisation d'amenée ou d'évacuation du fluide de refroi- dissement, peut être mise en place de façon étanche par l'intermédiaire d'un élément d'étanchéité. Une telle pièce de raccordement est par exemple la pièce coudée 6 représentée sur la figure 6, avec un joint torique 7 comme élément d'étanchéité. Comme autres dispositions avantageuses de l'invention, les figures 5 et 6 montrent, sur le rac- cordement de fluide de refroidissement, une contre- dépouille 5 qui permet un encliquetage de la pièce coudée 6 et permet également de faire pivoter à volon- té celle-ci dans sa position d'étanchéité. Dans une forme modifiée, selon la figure 7, du corps de refroidissement conforme à l'invention, l'écoulement uniforme précédemment décrit du fluide de refroidissement peut encore être amélioré en ce qu'une nervure supplémentaire 8 rapportée dans la zone d'ar- rivée, canalise le fluide de refroidissement entrant, en le déviant vers le fond du corps de refroidisse- ment A partir de là, le fluide de refroidissement monte ensuite obliquement vers le haut en direction de l'évacuation en s'étalant sur la hauteur de l'espace creux et en traversant alors les interstices entre les nervures. Pour permettre une répartition diffuse du courant de fluide de refroidissement sur toute la hau- teur du corps de refroidissement, on prévoit en outre des barrettes de déviation 9 qui sont disposées entre les moulures longitudinales 1, soit en remplacement des nervures 8, soit également en combinaison avec celles-ci comme l'indique la figure 7 Ces barrettes de déviation n'arrivent toutefois pas jusqu'au fond et jusqu'au côté supérieur de l'espace creux Elles con- tribuent également à la stabilité de forme de cet es- pace creux vis à vis des efforts de pression auxquels sont soumis les flancs étendus du corps de refroidis- sement, et peuvent, tout comme la limitation en forme de barrette du canal 8, être directement formées sur le corps soufflé lors du processus de fabrication. REVENDICATIONS 1. Batterie d'accumulateur avec plusieurs éléments dans les parois qui sont en contact étroit de conductibilité thermique avec un dispositif de refroi- dissement, batterie d'accumulateur caractérisée en ce que le dispositif de refroidissement est un corps creux en deux dimensions, possédant des alimentations et des évacuations ( 3) pour un fluide de refroidisse- ment et dans lequel sont imprimées, à partir des deux côtés, des nervures ( 1) essentiellement perpendiculai- res à la direction de l'écoulement et parallèles entre elles, ces nervures formant des interstices à l'inté- rieur du corps creux, et en ce qu'aux emplacements de chaque nervure se correspondant ensemble des deux cô- tés, on forme des empreintes ( 2) supplémentaires qui viennent bout-à-bout les unes contre les autres et as- surent une stabilisation du corps creux. 2. Batterie d'accumulateur selon la reven- dication 1, caractérisée en ce qu'on utilise une ner- vure supplémentaire ( 8) qui dirige vers le fond du corps creux, le fluide de refroidissement qui arrive. 3. Batterie d'accumulateur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'en plus des nervures, on utilise dans le corps creux des barrettes de déviation ( 9) parallèles aux nervures. 4. Batterie d'accumulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le corps creux et un corps en matière plastique réalisé selon le procédé de soufflage. 5. Batterie d'accumulateur selon la reven- dication 4, caractérisée en ce que l'épaisseur de la paroi du corps creux en matière plastique est de 0,5 à i mm. 6 Batterie d'accumulateur selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que l'épaisseur totale du corps creux en matière plastique est de 4 à 6 mm et de préférence de 5 mm. 7. Batterie d'accumulateur selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que sur les parois internes de chaque alimentation et de chaque évacuation de fluide de refroidissement, sont ménagées des surfaces d'étanchéité ( 4) destinées à recevoir un élément d'étanchéité. 8 Batterie d'accumulateur selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que dans les alimentations et les évacuations de fluide de refroidissement, on prévoit une contre- dépouille ( 5) pour l'encliquetage d'une pièce de rac- cordement ( 6).